نوشته‌ها

رشد ۴ برابری تعداد مقالات در حوزه آکوستیک امیشن

نمودار بالا رشد تعداد مقالات در حوزه آکوستیک امیشن (acoustic emission)  از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۹ را از نگاه پایگاه اطلاعاتی ساینس دایرکت (sciencedirect) نشان می‌دهد. همانطور که مشاهده می‌کنید تعداد مقالات طی این ۱۹ سال رشد ۴ برابری را تجربه کرده است و این مهم نشان دهنده اهمیت روزافزون این مبحث و همچنین کاربردهای آکادمیک و صنعتی آن است.

شرکت مپوا نزدیک به ۱۰ سال است که درزمینهٔ آزمون‌های غیر مخرب و بومی‌سازی این روش‌ها در سطح کشور فعالیت می‌نماید. یکی از محصولات مهم این شرکت که توسط نیروهای ایرانی طراحی و ساخته‌شده است دستگاه آکوستیک امیشن است. این دستگاه در حوزه‌های مختلف صنعتی و دانشگاهی کاربرد دارد و برای پایش و مانیتورینگ اجزای دوار، مخازن تحت‌فشار، نشتی و …. مورداستفاده قرار می‌گیرد.

تعیین قابلیت تکرارپذیری پاسخ سنسورهای آکوستیک امیشن بر اساس استاندارد ASTM E976

تعیین قابلیت تکرارپذیری پاسخ سنسورهای آکوستیک امیشن

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

داده‌های آکوستیکی از عوامل مختلفی ممکن است تأثیرپذیر باشند که یکی از آن‌ها حساسیت سیستم است. از میان همه پارامترها و تجهیزاتی که در حساسیت سیستم نقش دارند سنسورهای آکوستیکی می‌باشند. 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.

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،

۳) مقایسه سنسورهای استفاده‌شده در یک سیستم چند کاناله به‌منظور اطمینان از هماهنگی بین پاسخ‌دهی آن‌ها

۴) 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: تحریک آلتراسونیکی، تحریک به‌وسیله جهت هوا و شکست نوک مداد
  • تجهیزات اندازه‌گیری و ثبت سیگنال

آزمون‌های ارزیابی سنسور

آزمون‌های مختلفی برای ارزیابی سنسورها در نظر گرفته‌شده است که در زیر به آن‌ها اشاره شده است:

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. منبع تحریک دارای فرکانس مرکزی بین ۲٫۲۵ – ۵ MHz است.

شکل ۱- تست بلوک مخروطی

منبع جت گاز

 معمولاً از گاز هوای خشک یا هلیوم بیشتر استفاده می‌شود. فشار گاز بین ۱۵۰-۲۰۰kPa برای این آزمون پیشنهاد شده است. نازل خروجی گاز به فاصله مشخصی از بلوک تست قرار می‌گیرد (طبق شکل ۲)

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 ۰٫۳ mm است البته قطر ۰٫۵mm 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 ۱۰ 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

نتایج حاصل از تکرارپذیری کوتاه‌مدت شامل رفتار سنسور در اثر برداشتن و گذاشتن سنسور و نحوه مانت کردن آن، باید بهتر از ۳dB باشد تحت شرایط نرمال باشد. تکرارپذیری‌های بلندمدت سیستم تست به‌صورت دوره‌ای توسط یک سنسور رفرنس یا مرجع باید چک شود. اختلافات بیشتر از ۴dB 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 ۶dB بیفتد به‌طورمعمول باید سرویس‌دهی خارج شود.

منبع:

ASTM E976-10, Determining the Reproducibility of Acoustic Emission Sensor Response

.

انتخاب سنسورهای آکوستیک امیشن بر حسب کاربردشان

سنسور آکوستیکی

یکی از بخش‌های مهم در تست غیر مخرب آکوستیک امیشن بخش سنسورها یا حسگرها است. سنسورهای آکوستیکی عمدتاً از جنس پیزوالکتریک بوده و در اثر دریافت امواج آکوستیکی، تحریک‌شده و اطلاعات دریافتی را به‌صورت سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند. انتخاب یک سنسور آکوستیک امیشن مناسب برای یک کاربرد ویژه خیلی مهم بوده و در اندازه‌گیری پدیده موردنظر می‌تواند نقش بسیار بالایی را ایفا کند. در برخی موارد معیار اصلی برای انتخاب سنسور آکوستیک امیشن معیار فرکانس پاسخ آن سنسور و محدوده فرکانسی آن است. در برخی موارد خاص ممکن است علاوه بر فرکانس، شرایط ویژه دیگری نظیر محیط کاری (محیط‌های دارای دمای بالا، محیط‌های آبی یا سیالات مشتق نفتی، محیط‌های خورنده، محیط‌های با حد بالای ایمنی و …) نیز ممکن است در انتخاب سنسورهای آکوستیکی دخیل و تأثیرگذار باشند.

برای محیط‌های خورنده باید سنسورها مقاوم در برابر خوردگی باشند یا از پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی بر روی آن‌ها استفاده شود. در محیط‌های دارای ضریب ایمنی بالا که به سه بخش zone0, zone 1, zone 2 تقسیم می‌شوند ممکن است که خطرات انفجار در آن اتفاق بیفتد حتماً استاندارد ضد انفجاری برای سنسورها ATEX و ادوات جمع‌آوری داده‌ها باید رعایت شود.

محدوده فرکانسی سنسورها

سنسور آکوستیک امیشن

اکثر سنسورهای آکوستیکی به سه محدوده فرکانسی مهم تقسیم می‌شوند که با اکثر کاربردهای آن می‌تواند مطابقت داشته باشند که عبارت‌اند از محدوده فرکانس پایین (بین ۲۰ kHz- 100 kHz)، محدوده نرمال یا استاندارد (بین ۱۰۰ kHz-400kHz) و فرکانس بالا ) بیشتر از ۴۰۰ kHz).

برخی سنسورهای آکوستیکی به محدوده وسیعی از فرکانس‌های پاسخ تقریباً یکسانی می‌دهند که به این سنسورها سنسورهای باند پهن گفته می‌شود. این سنسورها با منحنی پاسخ فرکانسی صاف معمولاً ممکن است برای کاربردهایی که در آن فرکانس پدیده نامعلوم باشد مورداستفاده قرار می‌گیرند (مثل مراکز تحقیقاتی و …) و یا برای پدیده‌هایی که دارای فرکانس‌های مختلف در یک سیگنال هستند نیز می‌تواند کاربرد داشته باشد (مثل آنالیز مودال).

برخی سنسورهای آکوستیکی از نوع رزونانسی می‌باشند بدین معنی که در فرکانس رزونانس حساسیت بالایی از خودشان نشان می‌دهند. این سنسورها ممکن است باندهای فرکانسی دیگری نیز داشته باشند که حساسیت پایینی دارند. سنسورهای رزونانسی مواقعی مورداستفاده قرار می‌گیرند که محتوای فرکانسی خیلی مدنظر نیست بلکه مشخصه‌های دیگری از سیگنال آکوستیکی مثل دامنه، مدت‌زمان رسیدن موج، انرژی و پارامترهایی از این قبیل مهم باشد.

نحوه پیدا کردن محدوده فرکانسی

پیدا کردن محدوده فرکانسی برای کاربردهای مختلف به فاکتورهایی نظیر جنس مواد، اندازه تجهیزات مورد بازرسی، نویزهای زمینه بستگی دارد. تضعیف امواج به فرکانس موج بستگی دارد بطوریکه برای فرکانس‌های بالاتر مقدار تضعیف در بالاتر بوده و برعکس. به‌عبارت‌دیگر معمولاً فواصل نصب سنسورهای آکوستیکی با کم شدن فرکانس‌ها قابل‌افزایش است.

مروری بر محدوده‌های فرکانسی سنسورهای آکوستیکی برحسب کاربردهای مختلف

منبع:

https://www.vallen.de/wp-content/uploads/2019/03/sov.pdf

شناسایی و مکان‌یابی تخلیه الکتریکی ترانسفورماتورهای قدرت (Partial discharge)

تخلیه الکتریکی در ترانسفورماتورهای قدرت به دلایل مختلفی ممکن است به وجود آید و باعث از بین رفتن سیستم عایق الکتریکی و آسیب‌های جدی در آن گردد.

درصورتی‌که مکان اولیه تخلیه الکتریکی ترانسفورماتور زودتر از موعد شناسایی شود در این صورت می‌تواند  از خسارت جبران‌ناپذیر در خطوط شبکه الکتریکی تا حدودی بکاهد.

پیدا کردن محل و موقعیت تخلیه الکتریکی با بکار گیری مدت‌زمان رسیدن سیگنال‌های حاصل از تخلیه الکتریکی به سنسورهای قرارگرفته بر روی بدنه ترانسفورماتورها قابل انجام است.

ارزیابی ترانسفورماتورها به‌طورجدی در پژوهشگاه دانشگاه پوزنان موردمطالعه و تست قرارگرفته است. در این ارزیابی از ۱۰ ترانسفوموتور با برند معتبر استفاده شده بود که به‌طور روزانه وضعیت هر کدام را مورد تست و بررسی قرار می داد. سیستم ارزیابی علاوه بر سیگنال‌های آکوستیکی وضعیت مقدار بارُ ولتاژ و دمای ترانسفوموتورها را نیز کنترل و مانیتور می کرد.

هدف از این پروژه بیشتر پیدا کردن ترانسفورماتورهای فرسوده توانایی تشخیص مکان تخلیه الکتریکی از مکان‌های مختلف به‌طور همزمان بود. شایان ذکر است از یک سیستم خبره برای تشخیص نوع تخلیه و شدت آن استفاده شده بود.

مرجع

https://www.intechopen.com/books/acoustic-emission-research-and-applications/power-transformer-diagnostics-based-on-acoustic-emission-method

تست عملکردی دستگاه آکوستیک امیشن بر اساس استاندارد BS EN 13477-2:2010

دستگاه آکوستیک امیشن

شرکت مپوا نزدیک به ۱۰ سال است که درزمینهٔ آزمون‌های غیر مخرب و بومی‌سازی این روش‌ها در سطح کشور فعالیت می‌نماید. یکی از محصولات مهم این شرکت که توسط نیروهای ایرانی طراحی و ساخته‌شده است دستگاه آکوستیک امیشن است. این دستگاه در حوزه‌های مختلف صنعتی و دانشگاهی کاربرد دارد و برای پایش و مانیتورینگ اجزای دوار، مخازن تحت‌فشار، نشتی و …. مورداستفاده قرار می‌گیرد.

تست عملکردی دستگاه آکوستیک امیشن بر اساس استاندارد BS EN 13477-2:2010

ازآنجایی‌که دستگاه آکوستیک امیشن دارای حساسیت بالایی در پیدا کردن عیوب عملکردی و فرایندی را بر عهده دارد لذا نیازمند کالیبراسیون بر اساس استانداردهای متداول تعریف‌شده بین‌المللی است. در این راستا شرکت مپوا برای کالیبراسیون و تست بوردهای الکترونیکی خود ازنظر صحت عملکرد از استاندارد BS EN 13477-2:2010 بهره می‌برد.

استاندارد BS EN 13477-2:2010

استاندارد BS EN 13477-2:2010 شامل صحه‌گذاری بر عملکرد بوردها و سنسورها و پری آمپلی‌فایرهای ساخته‌شده در شرایط مختلف کاری مورداستفاده قرار می‌گیرد که مهم‌ترین اهداف این استاندارد به شرح زیر است:

۱-صحه‌گذاری بر میزان نویز پذیری دستگاه بورد جمع‌آوری داده

۲-صحه‌گذاری میزان نویز پذیری دستگاه پری آمپلی‌فایر و متعلقات آن

۳-چک کردن مقادیر خروجی بوردهای الکترونیکی بر اساس نسبت ورودی‌های مختلف

۴-چک کردن مشخصه‌های مختلف سیگنال شامل

ماکزیمم دامنه، رایز تایم، زمان استمرار، رزولوشن زمانی داده‌ها، افت‌های دامنه و زمانی بر طبق بازه تعریف‌شده، مقادیر سیگنال‌های معمولی و مدوله‌شده، فرکانس‌های کاری و فرکانس‌های پیک بر اساس بند ۴٫۲ در استاندارد BS EN 13477-2:2010 ، سیگنال‌های سینوسی مدوله‌شده توسط فانکشن ژنراتور تولید و به دستگاه اعمال شد. به‌ازای هر سیگنال ورودی، سیگنال خروجی و  fft آن توسط نرم‌افزار دستگاه ثبت گردید.

خروجی‌های تست عملکردی

خروجی‌های مشاهده‌شده در هر حالت در ادامه گزارش‌شده است.

۱٫Triangular modulated sine wave

سیگنال خروجی دستگاه در حوزه‌ی زمان:

سیگنال خروجی دستگاه در حوزه‌ی فرکانس:

۲٫Sine2-modulated sine wave

سیگنال خروجی دستگاه در حوزه‌ی زمان:

سیگنال خروجی دستگاه در حوزه‌ی فرکانس:

۳٫Rectangular modulated sine wave

سیگنال خروجی دستگاه در حوزه‌ی زمان:

سیگنال خروجی دستگاه در حوزه‌ی فرکانس:

پایش سلامت سازه‌های حساس عمرانی (پل‌های فلزی، بتونی و …) با آکوستیک امیشن

پایش سلامت سازه‌های عمرانی

پایش سلامت سازه‌های عمرانی بخشی از فعالیت‌های حوزه مهندسی است که در جهت پایش وضعیت سازه‌ها در طول عملکردشان مورداستفاده قرار می‌گیرد. هدف اولیه پایش سلامت سازه‌ها عبارت است از شناسایی، ارزیابی و مانیتورینگ عیوب یا شرایط عملکردی سازه و تأثیر آن در امنیت و کارایی سازه در آینده.

آکوستیک امیشن و پایش سلامت سازه‌ها

روش آکوستیک امیشن به خاطر قابلیت تست، صحه‌گذاری و پایش سلامت سازه‌ها در طول عملکرد نرمال آن‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد خود به‌تنهایی با مفهوم و هدف اولیه پایش وضعیت در ارتباط تنگاتنگ است. سازه‌های حیاتی که برای مبحث پایش سلامت بیشتر مورد تأکید می‌باشند شامل  پل‌ها، تونل‌ها، ساختمان‌ها، سازه‌های مراکز اتمی، سدها و … می‌تواند باشند.

پایش وضعیت با بهره‌گیری از آکوستیک امیشن

پایش وضعیت با بهره‌گیری از آکوستیک امیشن به صورت دوره‌ای یا ممتد در جهت ارزیابی شرایط سرویس‌دهی نرمال سازه‌ها و یا عملکرد آن‌ها تحت شرایط بارگذاری خاص می‌تواند بکار گرفته شود. مثال‌هایی از این موارد می‌تواند به شرح زیر باشد:

  • شناسایی ترک‌های فعال در سازه‌های بتونی یا فلزی
  • پایش خوردگی الکتروشیمیایی عمومی و ترک‌خوردگی ناشی از خوردگی در میله‌های فولادی و یا کابل‌ها
  • ارزیابی عملکرد سازه در حین شرایط سرویس‌دهی طبیعی
  • ارزیابی قابلیت سرویس‌دهی سازه‌ها تحت شرایط بارگذاری خاص
  • پیش‌بینی ازکارافتادگی سازه‌ها
  • ارزیابی خواص مکانیکی و شکست اعضای بکار برده شده در سازه‌های بتونی و فلزی

با بهره‌گیری از روش آکوستیک امیشن در سازه‌های عمرانی مثل پل‌ها عیوبی نظیر ترک‌خوردگی در مقیاس کوچک و بزرگ، محل ایجاد عیوب، بارهای ترافیک بیش‌ازاندازه، فعالیت‌هایی نظیر ضربه، زلزله و …. قابل‌شناسایی است.

محاسن آکوستیک امیشن نسبت به روش‌های دیگر

از جهاتی روش آکوستیک امیشن نسبت به روش‌های دیگر دارای محاسن بالایی است. در دهه‌های اخیر روش‌های زیادی در جهت ارزیابی سازه‌های عمرانی توسعه و استانداردشده است. این روش‌ها شامل روش‌های بازرسی چشمی، روش‌های بر پایه امواج تنشی مثل پالس – اکو، پاسخ ضربه، ترموگرافی و … می‌باشند. این روش‌ها در جای خود دارای محاسن خیلی زیادی می‌باشند ولی به‌طورکلی به خاطر محدودیت‌های عدم در دسترس بودن، ضخامت بیش‌ازحد جداره بتونی، و دلایل مختلف دیگری دارای محدودیت‌های نیز می‌باشند. همچنین این روش‌ها برای پایش بلندمدت کاربردی نبوده و برای تخمین نرخ انتشار عیوب و ارزیابی حساسیت آن‌ها در برابر تغییرات جوی و بارگذاری‌های مختلف مناسب نمی‌باشند. حتی روش‌هایی مثل استفاده از کرنش‌سنج‌ها و مواردی از این قبیل صرفاً تغییرات سطحی را مورداندازه‌گیری قرار می‌دهند و عیوب داخلی را تشخصی نمی‌دهند. لذا این موارد گفته‌شده به‌نوعی با بکار گیری روش آکوستیک تا حدودی مرتفع می‌گردد و برتری روش آکوستیک را نسبت به روش‌های دیگر برای پایش سازه‌های عمرانی می‌تواند بازگو کند.

سنسورها کجا قرار می گیرند؟

در سازه‌های فلزی سنسورهای در بخش‌های مختلفی از پل‌ها و … قرار می‌گیرند که این نقاط عبارت‌اند از:

  • اتصالات پیچی
  • محل اتصال سیم بکسل ها
  • اتصالات جوشی
  • اتصالات پینی

اکثر پل‌های فلزی در حال حاضر عمر مفید واقعی خود را رد کرده‌اند و بارهای ترافیکی بیش‌ازحد تحمل بر آن‌ها وارد می‌شود و همچنین از مشکلات خستگی زودرس رنج می‌برند.

افزایش ایمنی پل‌ها در جهت افزایش بار ترافیکی و تعمیرات و نگهداری اساسی آن‌ها به جهت بهبود بهره‌وری و سود اقتصادی بالا می‌تواند خیلی مؤثر باشد. رسیدن به این هدف نیازمند یک برنامه‌ریزی منسجم و کارآمد در جهت بازرسی و مانیتورینگ پل‌ها است.

برای مثال برای یک پل ساخته‌شده در سال ۱۹۱۰ که با ۱۱۵ درصد بار نامی زمان ساخت خود بار ترافیک را تحمل می‌کند ترک‌های زیادی در پایه‌های آن رؤیت شده بود.  برآوردها نشان داد که برای تعویض و جایگزینی این پایه‌ها نیازمند  ۱۰ میلیون دلار هزینه است. بطوریکه که از سیستم آکوستیکی برای پایش نقاط حساس این پل استفاده‌شده تا هزینه‌های تعویض را به تعویق انداخته و از یک استراتژی ریسک مدیریت‌شده در جهت عملکرد بهتر آن با هزینه‌های پایین استفاده گردید. 

منبع:

http://www.idinspections.com/acoustic-emission-structural-health-monitoring-of-critical-structures/

http://structuralinsights.com/SI/acoustic_emission.php?Country=IN

کاهش هزینه‌ها و زمان بازرسی مخازن تحت‌فشار گاز (کپسول‌های جایگاه‌های سوخت CNG و LPG) با بهره‌گیری از روش آکوستیک امیشن

روش آکوستیک امیشن

آزمون آکوستیک امیشن (نشر صوتی) یک روش نوین و پیشرفته در زمینه‌های آزمون غیر مخرب (Nondestructive testing) است. این روش در محدوده گسترده‌ای از کاربردهای قابل‌استفاده آزمون‌های غیر مخرب نظیر بازرسی مخازن تحت‌فشار فلزی، سیستم‌های لوله‌کشی، راکتورها و غیره گسترش ‌یافته است و از این روش می‌توان برای تشخیص و موقعیت‌یابی عیوب مختلف در سازه‌های تحت بار و اجزای آن‌ها استفاده کرد. آزمون اکوستیک امیشن یک تکنیک غیرفعال است که پالس‌های فراصوتی منتشرشده به‌وسیله منابع مختلف درون ماده را در لحظه وقوع آن تحلیل می‌کند و تفاوت اصلی آن با روش‌های التراسونیک یا پرتونگاری نیز همین است، درحالی‌که در این دو روش برای به دست آوردن اطلاعات راجع به قطعه موردنظر نیاز به اعمال انرژی خارجی است، در روش آکوستیک انرژی آزادشده از ماده موردنظر مرجعی برای کار بازرسی است.

بازرسی مخازن تحت‌فشار گاز با بهره‌گیری از روش آکوستیک امیشن

بازرسی مخازن تحت‌فشار گاز (کپسول‌های جایگاه‌های سوخت CNG و LPG) با بهره‌گیری از روش آکوستیک امیشن باهدف کاهش هزینه و مدت‌زمان بازرسی در کپسول‌های و مخازن ذخیره گاز فشار بالا در مرکز تست آیرودینامیک نیروی هوایی آرنولد (APTU) معرفی گردید.

این تست به‌عنوان جایگزین روش تست‌های حجمی از خارج کردن کپسول‌ها از سیستم سرویس‌دهی جلوگیری می‌کند و نیازی به حمل کپسول‌ها به خارج از محوطه سرویس‌دهی نیست. هزینه‌های صرفه‌جویی به دلیل استفاده از این سیستم تقریباً ۳۰۰۰۰۰ دلار آمریکا تخمین زده‌شده است.

همچنین با بهره‌گیری از این روش مدت‌زمان بازرسی نسبت به روش قبلی یعنی استفاده از روش رادیوگرافی به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای کاهش یافته است. در این روش کپسول‌ها ۱۰۵ تا ۱۱۰% فشارشان افزایش می‌یابد و در اثر تنش ایجاد شده و به صدای رشد ترک و عیوب گوش داده می‌شود که آیا ترکی وجود دارد یا نه. اگر سنسور صدایی را بشنود درنتیجه نشان از آن دارد که در یک محل خاصی اتفاقاتی در حال رخ دادن است.

فرایند بازرسی درصورتی‌که شرایط مهیا باشد، بیشتر از چند ساعت به طول نمی‌انجامد و در شرایط بارانی به دلیل وجود نویز زمینه و حساسیت سیستم آکوستیک امیشن به این نویزها بهتر است بازرسی با این روش انجام نشود.

منبع :

https://www.aerospacetestinginternational.com/news/acoustic-vibration/acoustic-emissions-testing-of-air-storage-vessels-reduces-costs-and-downtime.html

پایش وضعیت سایش ابزار سوراخ‌کاری (مته) پزشکی با پردازش سیگنال‌های آکوستیک امیشن

در مطلب پیش رو در خصوص یکی از به روزترین کاربردهای تست غیرمخرب آکوستیک امیشن یعنی پایش وضعیت سایش ابزار سوراخ‌کاری (مته) پزشکی با پردازش سیگنال‌های آکوستیک امیشن در حوزه فرکانس صحبت خواهد شد.

شکستگی و ترک برداشتن استخوان‌ها

در اثر سوانح رانندگی و یا حوادثی از این قبیل شکستگی و ترک برداشتن استخوان‌های شخص حادثه‌دیده امری اجتناب‌ناپذیر است. درعلم پزشکی، ارتوپد برای وصل استخوان‌های شکسته نیازمند استفاده از پروتزهای پایه فلزی است. تا با اینکار بتواند استخوان‌های شکسته را سر جای خود نگه دارد تا اتصال بیولوژیکی ببین آن‌ها دوباره برقرار شود. ازآنجایی‌که وصل کردن استخوان‌ها توسط پروتز، نیازمند استفاده از پیچ و مهره و سوراخ‌کاری بافت استخوانی است؛ لذا فرایند سوراخ‌کاری به‌مانند آنکه در فلزات اتفاق می‌افتد، در استخوان نیز به همین صورت باید انجام گردد. ولی بین استخوان و فلز ازنظر عملکرد تفاوت‌های عمده‌ای وجود دارد. بطوریکه در فلزات در اثر سوراخ‌کاری افزایش دما در ناحیه سوراخ‌کاری خیلی اهمیت چندانی ندارد بخصوص اگر سوراخ‌کاری و محل اتصال از اهمیت بالایی برخوردار نباشد. ولی در بافت زنده در اثر سوراخ‌کاری دمای آن ناحیه افزایش پیدا کرده و درنتیجه باعث از بین رفتن سلول‌های زنده می‌گردد؛ بنابراین کنترل دما در سوراخ‌کاری بافت‌های زنده حتماً باید در نظر گرفته شود. عوامل مختلفی مثل سرعت سوراخ‌کاری، سرعت پیشروی ابزار سوراخ‌کاری و تیز یا کند بودن لبه‌های برنده ابزار سوراخ‌کاری در بالا رفتن دما مؤثر می‌باشند. در این تحقیق به بررسی اثر سایش به وجود آمده در لبه‌های ابزار برش و ارتباط آن با افزایش دما با بهره‌گیری از تحلیل سیگنال‌های آکوستیکی پرداخته‌شده است.

نتایج تحقیقات

تحقیقات نشان داده است که سایش لبه‌های ابزار در افزایش دما حین سوراخ‌کاری بسیار مؤثر می‌باشند. این سایش به دلایل مختلفی ازجمله استفاده مکرر از یک ابزار برای تعداد زیادی از سوراخ‌کاری‌ها، تأثیر عوامل شیمیایی و دمایی در حین ایتریلیزه کردن ابزارها و … می‌تواند رخ دهد. تحقیقات نشان می‌دهد که برای یک ابزار تیز و کارنکرده میزان افزایش دما در ناحیه سوراخ‌کاری بافت استخوانی حدود ۷٫۵ درجه سانتی‌گراد است؛ در حالیکه برای ابزار کاملاً ازکارافتاده (دچار سایش شده)، این افزایش دما ۲۵٫۴ درجه سانتی‌گراد گزارش‌شده است که نسبت به درجه حرارت بدن و بافت استخوانی که به‌طورمعمول ۳۷ درجه سانتی‌گراد است، عدد خیلی بالایی به شمار می‌رود.

همچنین تحقیقات میدانی از ۴۰ بیمارستان مختلف در بریتانیا نشان می‌دهد که ۷۵% از آن‌ها هیچ دستورالعملی برای کنترل و نگهداری ابزارهای سوراخ‌کاری پزشکی را نداشتند؛ ۱۰ تای باقی‌مانده دستورالعمل شناسایی و برچسب‌گذاری ابزارهای سابیده شده را تائید کردند. همچنین ۴۵% از بیمارستان‌ها به‌یکبار استفاده از ابزار سوراخ‌کاری پزشکی تأکید داشته‌اند. در پایان این گزارش محققان به استفاده مکرر از ابزارهای سابیده شده و همچنین عدم وجود یک‌رویه مشخص برای بازرسی این ابزارها را متذکر شده است.

پایش وضعیت سایش ابزار سوراخ‌کاری 

تحقیقات انجام‌شده بر اساس سه نوع سرعت برشی، چهار نوع سرعت پیشروی ابزار به‌وسیله سه نوع ابزار با ساییدگی‌های مختلف توسط روش آکوستیک در حوزه فرکانسی نشان داده است که با بکار گیری مشخصه‌های سیگنال آکوستیکی به وجود آمده در حین فرایند سوراخ‌کاری استخوان می‌توان به تیز یا کند بودن ابزارها پی برد. همچنین این تحقیقات نشان داده است که مشخصه‌های سیگنال‌های حاصله در اثر سایش ابزار به مشخصه‌های مکانیکی استخوان حساس نیستند و این خود می‌تواند در عملکرد بهتر روش آکوستیک امیشن مؤثر واقع شود. بااین‌وجود این نتیجه‌گیری در جهت طراحی و ساخت یک ابزار مؤثر در سوراخ‌کاری می‌تواند گام مؤثری باشد که نتیجه آن کاهش آسیب‌های مکانیکی و دمایی ناحیه سوراخ‌کاری با به‌کارگیری ماشین‌های نسل بعدی سوراخ‌کاری استخوان با روش‌های نوین تست غیرمخرب یعنی آکوستیک امیشن می‌تواند باشد.

  • سنسور آکوستیک امیشن
  • ابزار مته سوراخ‌کاری
  • دوربین
  • استخوان

منبع:

Frequency Domain Analysis of Acoustic Emission Signals in Medical

Drill Wear Monitoring

Zrinka Murat1, Danko Brezak1, Goran Augustin2 and Dubravko Majetic1

۱Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, University of Zagreb, Ivana Lucica 5, Zagreb, Croatia

۲University Hospital Center Zagreb and School of Medicine, University of Zagreb, Kispaticeva 12, Zagreb, Croatia

www.scitepress.org

گزارش تصویری تحویل دستگاه آکوستیک امیشن شرکت مپوا به دانشگاه تهران

آزمون آکوستیک امیشن (نشر صوتی) یک روش نوین و پیشرفته در زمینه‌های آزمون غیر مخرب (Nondestructive testing) است. این روش در محدوده گسترده‌ای از کاربردهای قابل‌استفاده آزمون‌های غیر مخرب نظیر بازرسی مخازن تحت‌فشار فلزی، سیستم‌های لوله‌کشی، راکتورها و غیره گسترش ‌یافته است و از این روش می‌توان برای تشخیص و موقعیت‌یابی عیوب مختلف در سازه‌های تحت بار و اجزای آن‌ها استفاده کرد. آزمون اکوستیک امیشن یک تکنیک غیرفعال است که پالس‌های فراصوتی منتشرشده به‌وسیله منابع مختلف درون ماده را در لحظه وقوع آن تحلیل می‌کند و تفاوت اصلی آن با روش‌های التراسونیک یا پرتونگاری نیز همین است، درحالی‌که در این دو روش برای به دست آوردن اطلاعات راجع به قطعه موردنظر نیاز به اعمال انرژی خارجی است، در روش آکوستیک انرژی آزادشده از ماده موردنظر مرجعی برای کار بازرسی است.

شرکت مهندسان پایش وضعیت امیرکبیر(مپوا) موفق شده است تا با بومی سازی تولید دستگاه تست غیر مخرب آکوستیک امیشن گام مهمی در انجام تست‌های غیر مخرب بردارد. آزمون آکوستیک امیشن یک تکنیک غیرفعال است که پالس‌های فراصوتی منتشرشده به‌وسیله منابع مختلف درون ماده را در لحظه وقوع آن تحلیل می‌کند. تفاوت اصلی آن با روش‌های التراسونیک یا پرتونگاری نیز همین است، درحالی‌که در این دو روش برای به دست آوردن اطلاعات راجع به قطعه موردنظر نیاز به اعمال انرژی خارجی است، در روش آکوستیک انرژی آزادشده از ماده موردنظر مرجعی برای کار بازرسی است. همچنین تست های آکوستیک امیشن علاوه بر توانایی اجرا بر روی تجهیزات جدید ، قابل پیاده سازی بر روی تجهیزات در حال سرویس هم هستند. مشخصات فنی دستگاه آکوستیک امیشن شرکت مپوا به شرح زیر است:

مشخصات فنی

  • نرخ نمونه برداری: ۶۵ MHz
  • تعداد کانال ها: ۲، ۴، ۸، ۱۶
  • نوع ارتباط: USB 3.0
  • رزولوشن: ۱۴ bit
  • فیلترهای سخت افزاری قابل تنظیم از ۰ تا ۳ MHz بر پایه FPGA:
  • فیلتر بالا گذر: ۲۰kHz,100kHz,400kHz
  • فیلتر پایین گذر: ۱۰۰kHz,400kHz,1200kHz
  • Dynamic Range: 80 dB
  • دمای عملکردی: -۱۰ – +۶۰ درجه سانتیگراد
  • امپدانش ورودی ۵۰ ohm
  • پری آمپلیفایر: دارای گین ۲۰، ۴۰ و ۶۰ دسی بل
  • استخراج مشخصه های سیگنال: انرژی، کانت، زمان استمراز، زمان رسیدن به قله اوج، ماکزیمم دامنه، فرکانس میانگین، فرکانس ماکزیمم،

مپوا تا کنون توانسته این محصول شرکت را به دانشگاه‌ها و شرکت‌های مختلفی تحویل دهد. یکی از مهم‌ترین دانشگاه‌هایی که این دستگاه به آن‌ها تحویل داده شد دانشگاه تهران است. طی مذاکرات و صحبت هایی که بین دانشگاه تهران و شرکت مپوا در سال ۱۳۹۸ صورت گرفته بود، در آبان ماه سال ۱۳۹۸ تیم مهندسی شرکت مپوا برای تحویل دستگاه آکوستیک امیشن ۴ کاناله در دانشکده فنی مهندسی دانشگاه تهران حضور یافت. تیم مهندسی دستگاه را نصب کرده و پس از آن به تست و راه اندازی محصول پرداخت. این محصول دارای ضمانت تحویل و گارانتی نیز می‌باشد.

دانشگاه تهران می‌تواند این محصول را برای کارهای تحقیقاتی آکادمیک و دانشگاهی در حوزه تست های غیرمخرب مثل بررسی شکست کامپوزیت ها، سوراخکاری و مواردی این چنین یا مواردی مثل نشتی یابی کف مخازن نگهدارنده سیالات نفتی ، نشتی یابی خطوط لوله، ارزیابی سلامت مخازن تحت فشار، مونیتورینگ آنلاین فرایند ساخت و تولید استفاده نماید.

در ادامه گزارش تصویری مربوط به تحویل دستگاه آکوستیک امیشن ۴ کاناله به دانشگاه تهران را مشاهده می‌کنید:

دستگاه آکوستیک امیشن Acoustic Emission

آزمون آکوستیک امیشن (نشر صوتی) یک روش نوین و پیشرفته در زمینه‌های آزمون غیر مخرب (Nondestructive testing) است. این روش در محدوده گسترده‌ای از کاربردهای قابل‌استفاده آزمون‌های غیر مخرب نظیر بازرسی مخازن تحت‌فشار فلزی، سیستم‌های لوله‌کشی، راکتورها و غیره گسترش ‌یافته است و از این روش می‌توان برای تشخیص و موقعیت‌یابی عیوب مختلف در سازه‌های تحت بار و اجزای آن‌ها استفاده کرد. آزمون اکوستیک امیشن یک تکنیک غیرفعال است که پالس‌های فراصوتی منتشرشده به‌وسیله منابع مختلف درون ماده را در لحظه وقوع آن تحلیل می‌کند و تفاوت اصلی آن با روش‌های التراسونیک یا پرتونگاری نیز همین است، درحالی‌که در این دو روش برای به دست آوردن اطلاعات راجع به قطعه موردنظر نیاز به اعمال انرژی خارجی است، در روش آکوستیک انرژی آزادشده از ماده موردنظر مرجعی برای کار بازرسی است.

تخلیه سریع انرژی از یک منبع متمرکز در درون جسم باعث ایجاد امواج الاستیک گذرا به‌صورت صوت و انتشار آن‌ها در ماده می‌شود که ‌این پدیده را آکوستیک امیشن می‌نامند، این امواج در ماده سیر می‌کنند و به سطح آن می‌رسند. آزمون غیر مخرب به روش آکوستیک امیشن شامل دریافت این امواج و تحلیل آن‌ها به‌منظور برقراری ارتباط بین امواج دریافت شده و تغییرات ایجادشده بر روی منبع است. با توجه به انتشار امواج از منبع تا سطح ماده، می‌توان آن‌ها را توسط سنسورهایی ثبت کرد و از این طریق اطلاعاتی در مورد وجود و محل منبع انتشار امواج به دست آورد.  این امواج می‌توانند فرکانس‌هایی تا چند مگاهرتز داشته باشند.

برای شنیدن صدای مواد و شکست سازه‌ها از سنسورهای اولتراسونیک در محدوده ۲۰ کیلوهرتز تا ۱ مگاهرتز استفاده می‌شود و فرکانس‌های متداول در این روش در محدوده ۱۵۰ الی ۳۰۰ کیلوهرتز هستند. کاربرد این روش تنها به بازرسی غیر مخرب قطعات، تجهیزات و سیستم‌های مختلف محدود نمی‌شود و به‌علاوه می‌توان از آن برای تخمین عمر قطعات و تجهیزات بهره گرفت.  هم‌چنین از این روش می‌توان برای آشکارسازی و مکان‌یابی تخلیه‌های جزئی ولتاژ در مبدل‌های بزرگ، تحقیق و بررسی خصوصیات و مشخصات مواد، زمین‌شناسی و تحقیق میکرو ارتعاش‌ها استفاده کرد.

دستگاه تست غیر مخرب آکوستیک امیشن شرکت مهندسان پایش وضعیت امیرکبیر- مپوا (AE-MAP Ver 1.0)

مشخصات فنی

  • نرخ نمونه برداری: ۶۵ MHz
  • تعداد کانال ها: ۲، ۴، ۸، ۱۶
  • نوع ارتباط: USB 3.0
  • رزولوشن: ۱۴ bit
  • فیلترهای سخت افزاری قابل تنظیم از ۰ تا ۳ MHz بر پایه FPGA:
  • فیلتر بالا گذر: ۲۰kHz,100kHz,400kHz
  • فیلتر پایین گذر: ۱۰۰kHz,400kHz,1200kHz
  • Dynamic Range: 80 dB
  • دمای عملکردی: -۱۰ – +۶۰ درجه سانتیگراد
  • امپدانش ورودی ۵۰ ohm
  • پری آمپلیفایر: دارای گین ۲۰، ۴۰ و ۶۰ دسی بل
  • استخراج مشخصه های سیگنال: انرژی، کانت، زمان استمراز، زمان رسیدن به قله اوج، ماکزیمم دامنه، فرکانس میانگین، فرکانس ماکزیمم، RMS.

کاربردها

  • نشتی یابی کف مخازن نگهدارنده سیالات نفتی و …
  • نشتی یابی خطوط لوله
  • نشتی یابی شیرها
  • مکان یابی تخلیه الکتریکی در ترانسفورماتورها
  • برای ارزیابی سلامت مخازن تحت فشار
  • مونیتورینگ آنلاین فرایند ساخت و تولید
  • مونیتورینگ سلامت سازه های عمرانی، پل ها و ….
  • مونیتورینگ تجهیزات دوار، توربین ها و ….
  • کارهای تحقیقاتی آکادمیک و دانشگاهی در حوزه تست های غیرمخرب مثل بررسی شکست کامپوزیت ها، سوراخکاری و …