تعیین قابلیت تکرارپذیری سنسورهای آکوستیک امیشن

آکوستیک امیشن (AE) یک تکنیک تست غیرمخرب غیرفعال است که از دهه 1970 به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. ASTM E1106 روشی را برای کالیبراسیون اولیه سنسورهای آکوستیک امیشن و ASTM E976 و E1781 برای کالیبراسیون ثانویه تشریح می‌کند. مبدل‌هایی که برای اندازه‌گیری انتشار آکوستیک استفاده می‌شوند، به طور کلی به حرکت نرمال به سطحی که به آن متصل هستند حساس هستند. به طور معمول، مبدل‌های آکوستیک امیشن به فرکانس‌های بالای 100 کیلوهرتز حساس هستند. بالاترین فرکانس‌های مبدل‌های آکوستیک امیشن ، در محدوده 800 کیلوهرتز تا 1 مگاهرتز هستند.

یکی از تست‌های عملکرد سنسورها و تشخیص کارآیی آن‌ها استفاده از آزمون‌های خیلی ساده و به ‌صرفه است که طبق استاندارد E976 تعریف و تدوین ‌شده است. در این استاندارد هدف معرفی روش‌های خیلی ساده جهت تست کارایی سنسور معرفی ‌شده است. دستورالعمل‌های مورد استفاده در این استاندارد به انجام دهنده آزمون این امکان را می‌دهد که افت کارایی سنسورها از یک نوع و کارایی یکسان را تشخیص بدهد و یا اینکه مجموعه‌ سنسورهای دارای کارایی نزدیک به هم را انتخاب و به کار ببرد. این استاندارد قابلیت کالیبراسیون کامل و مطلق سنسور را ندارد. بنابراین صرفاً روشی است به جهت اطمینان بخشی انتقال داده‌ها بین سنسور و دیگر تجهیزات جمع‌آوری داده‌ها.

تأثیر پذیری داده‌های آکوستیکی

داده‌های آکوستیکی از عوامل مختلفی ممکن است تأثیرپذیر باشند که یکی از آن‌ها حساسیت سیستم است. پارامترها و تجهیزات مختلفی در حساسیت سیستم نقش اساسی دارند که از مهمترین آنها میتوان  به سنسورهای آکوستیکی اشاره کرد. این سنسورها تحت عوامل مختلفی مثل طول عمر زیاد، فرسودگی و خرابی ممکن است پاسخ متغیری داشته باشند. برای شناسایی این تغییرات نیازمند روش‌هایی است که پاسخ سنسورها را نسبت به امواج آکوستیکی اندازه‌گیری کند. دستگاه‌های پیزوالکتریک بیشترین حساسیت را دارند و بنابراین پرکاربردترین نوع مبدل در کاربردهای انتشار آکوستیک هستند. هنگامی که اندازه‌گیری پهنای باند گسترده اهمیت اولیه دارد، از تکنیک‌های نوری و خازنی استفاده می‌شود. تداخل‌سنج‌ها و مبدل‌های خازنی این قابلیت را دارند که اندازه‌گیری‌هایی با دقت بسیار بالا در محدوده فرکانسی وسیعی بسیار فراتر از مبدل‌های پیزوالکتریک معمولی، اغلب بیش از ده‌ها مگاهرتز انجام دهند. تداخل سنج‌ها و مبدل‌های خازنی اغلب برای کالیبره کردن مبدل‌های آکوستیک امیشن پیزوالکتریک استفاده می‌شوند. مشکل اصلی کالیبراسیون یافتن ویژگی مبدل است. پاسخ فرکانسی یک سنسور خاص در کمیت ورودی مکانیکی (سرعت، جابجایی) رایج‌ترین نتیجه کالیبراسیون است. مقدار خروجی کالیبراسیون تنش خروجی مربوط به واحد ورودی مکانیکی (جابجایی، سرعت، شتاب) است.

دو نوع کالیبراسیون سنسور آکوستیک امیشن وجود دارد :

برای کالیبراسیون اولیه قدر مطلق سیگنال ورودی و شکل آن باید مشخص باشد. منبع مکانیکی سیگنال ورودی با مشخصات استاندارد (شکل شکل موج – مرحله یا ضربه، مدت زمان) مهم است.

کالیبراسیون ثانویه به یک سنسور مرجع با مشخصات شناخته‌شده نیاز دارد. کالیبراسیون با مقایسه نتایج مبدل مرجع و آزمایش‌شده انجام می‌شود. داده‌های کالیبراسیون ثانویه از همان نوع کالیبراسیون اولیه هستند، اما محدودتر هستند (از نظر فراوانی، عدم وجود ویژگی‌های جابجایی، و خطای بیشتر کالیبراسیون).

جدول 1: حساسیت های معمولی سنسورهای AE

هدف از کنترل سنسورها

هدف‌های مهم از کنترل سنسورها شامل موارد زیر است:

  1. کنترل پایداری پاسخ سنسورها نسبت به زمان،
  2. چک کردن سنسورها برای مشخص کردن میزان خرابی احتمالی به خاطر حوادث مترقبه مثل ضربه دیدن سنسور و یا بد جا زدن سنسور در کانکتور مربوطه،
  3. مقایسه سنسورهای استفاده‌شده در یک سیستم چند کاناله به ‌منظور اطمینان از هماهنگی بین پاسخ‌ دهی آن‌ها
  4.  چک کردن پاسخ سنسورها بعد از قرار گرفتن در بارهای دمایی مکرر و یا قرارگیری در محیط‌های خطرناک تأثیرگذار مثل محیط‌های خورنده و …

تجهیزات موردنیاز برای انجام آزمون عملکردی سنسورها

  • سنسور آکوستیک امیشن
  • بلوک فلزی و یا میله اکریلیکی
  • منبع سیگنال تحریک یا کالیبراسیون : تحریک آلتراسونیکی و یا کالیبراسون به روش شکست نوک مداد
  • تجهیزات اندازه‌گیری و ثبت سیگنال

آزمون‌های ارزیابی سنسور

آزمون‌های مختلفی را برای ارزیابی سنسورها در نظر می‌گیرند که در زیر به آن‌ها اشاره می‌شود :

تست بلوک مخروطی

شامل یک مخروط فلزی با ابعاد نشان داده‌شده در شکل ۱ است. جنس این بلوکه از آلومینیوم یا فولاد با آلیاژ پایین است. مطابق شکل قسمت قاعده بزرگ مخروط برای قرار دادن سنسور آلتراسونیکی جهت تحریک و بخش قاعده کوچک‌تر جهت قرارگیری سنسور آکوستیکی جهت دریافت سیگنال منبع تحریک است.

شکل ۱- تست بلوک مخروطی

منبع جت گاز

 معمولاً از گاز هوای خشک یا هلیوم بیشتر استفاده می‌شود. فشار گاز بین ۱۵۰-۲۰۰ kPa برای این آزمون پیشنهاد شده است. همانطور که در شکل ملاحظه میفرمایید نازل خروجی گاز به فاصله مشخصی از بلوک تست قرار می‌گیرد.

شکل ۲- تست جت گاز

تست شکست نوک مداد

منبع دیگر امواج اکوستیکی در اثر شکست نوک مداد حاصل می‌شود. زمانی که مداد می‌شکند بر روی سطح بلوک یا میله تنش ناگهانی آزاد می‌گردد. این انرژی آزادشده باعث ایجاد امواج آکوستیکی بر روی سطح قطعه می‌گردد. قطر مداد  ۰٫3mm است البته قطر ۰٫5mm  هم برای ایجاد سیگنال‌های قوی‌تر قابل‌استفاده است. در شکل ۳ مشخصات مربوط به مداد آورده شده است. فاصله بین سنسور و محل شکست مداد باید حداقل 10 cm باشد. برای فواصل کوچک‌تر نتایج قابل‌قبول ممکن است حاصل نشود.

شکل ۳- تست شکست نوک مداد

شکل ۴ – قرارگیری سنسور بر روی میله آکریلیکی

تحلیل و تفسیر نتایج

 در تکرارپذیری‌های بلندمدت، سیستم تست به‌صورت دوره‌ای توسط یک سنسور رفرنس یا مرجع باید چک شود. اختلافات بیشتر از 4dB در پاسخ سنسورها بیانگر خرابی یا افت کارایی سنسورها است. درصورتی‌که معیاری برای قبولی ازکارافتادگی سنسور وجود نداشته باشد، در این صورت سنسوری که حساسیت آن به زیر 6dB  بیفتد به‌طورمعمول باید از سرویس‌دهی خارج شود.

 

 

دانلود مقاله سنسورهای آکوستیک امیشن _تعیین قابلیت تکرارپذیری 

print