نوشته‌ها

پایش وضعیت پره‌های توربین‌های بادی تحت بارگذاری‌های استاتیکی و خستگی با روش آکوستیک امیشن

پایش وضعیت پره‌های توربین‌های بادی تحت بارگذاری‌های استاتیکی و خستگی با روش آکوستیک امیشن

Acoustic Emission Monitoring from Wind Turbine Blades

 Undergoing Static and Fatigue Testing

پره‌های توربین‌های بادی تحت بارهای گسترده پیچیده و کاملاً اتفاقی قرار می‌گیرند. تاریخچه این بارگذاری‌ها برای برآورد عملکرد این سازه‌ها نقش حیاتی دارد. به خصوص زمانی که این سازه‌ها درجایی غیرقابل‌دسترس مثل فراساحل نصب می‌گردند. در این حالت پایش وضعیت آن‌ها اهمیت پیدا می‌کند. پره‌های توربین‌های بادی از مواد کامپوزیتی شیشه-پلی استر و شیشه – اپوکسی ساخته می‌شوند.

تست‌های استاتیکی و دینامیکی به‌عنوان تست‌های معمول برای ارزیابی این سازه‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد. این تست‌ها به‌منظور اطمینان از اینکه پره‌های توربین‌های بادی می‌توانند بارگذاری‌های بالا را تحمل کنند طراحی و تعریف شده‌اند. انجام تست‌های استاتیکی و خستگی باعث ایجاد ترک‌ها و شکستگی‌های موضعی در طول پره شده که محل آن‌ها باید تخمین زده شود.

شناسایی محل ایجاد خرابی و درعین‌حال شدت آسیب ایجادشده از اهمیت بالایی برخوردار است. بطوریکه اطلاع از این پارامترها در بهبود طراحی پره‌ها می‌تواند خیلی کارساز باشد. یکی از روش‌های مدرن که دراین‌ارتباط می‌تواند مورداستفاده قرار بگیرد، روش غیر مخرب آکوستیک امیشن است که علاوه بر مکان‌یابی می‌تواند مقدار آسیب ایجادشده را نیز تخمین بزند.

 در ادامه این متن به اطلاعات به‌دست‌آمده از تست پره‌ها با روش آکوستیک امیشن اشاره شده است.

.

اطلاعات به‌دست‌آمده از تست پره‌های توربین‌های بادی با روش آکوستیک امیشن

در ابتدا دو پره تحت بار استاتیکی برای آزمون آکوستیک امیشن مورد ارزیابی قرار گرفتند.

بارگذاری دارای دو سطح مختلف بود: بارگذاری نامی (Nominal Operation Load-OL) و بارگذاری با ماکزیمم مقدار (Maximum Test Load-MLT).

در بارگذاری نامی سازه نباید تحت آسیب‌های زیاد قرار بگیرد در این بارگذاری تست‌های متعددی ممکن است برای پره‌ها قبل از رسیدن به تست استحکام نهایی انجام شود. با توجه به اینکه کامپوزیت‌ها در حین بارگذاری صداهایی را ساطع می‌کنند بنابراین بارگذاری اولیه باید دو بار تکرار شود.

در طول بارگذاری دوم، انتظار می‌رود که هیچ پدیده آکوستیکی درصورتی‌که آسیبی پیشروی نداشته باشد، دیده نشود. در برخی استانداردهای موجود آکوستیک امیشن، نظر بر این است که نیرو به مدت ۱۰ دقیقه به‌منظور رسیدن به پایداری لازم بر روی سازه اعمال و نگه‌داشته شود. بر طبق این روش تا رسیدن به مقدار نیروی نهایی استاتیکی، نیروها به‌صورت نسبی افزایش می‌یابند. هر نیرو به مدت ۳ دقیقه نگه‌داشته می‌شود و این آزمون تا زمانی ادامه می‌یابد که پره دچار شکست شود یا به استحکام نهایی برسد.

محل اعمال نیرو و فاصله سنسورها نسبت به هم در شکل ۱ آورده شده است. پره دارای طول ۴٫۵ متر بر روی یک تکیه‌گاه در ریشه قرارگرفته است. نیروها نهایی برای شکست بر روی kN 5.9 است که در شکل ۲ مشاهده می‌شود.

در شکل ۳ اتفاقات آکوستیکی نسبت به زمان آورده شده است. نیروهای اعمالی بر روی سازه در شکل با منحنی سبز نشان داده شده است. پره تا نیروی ماکزیمم ۵٫۹ kN در اثر کمانش ناپایدار در سازه دچار شکست شد. نقطه شکست در فاصله ۲٫۴ m از ریشه پره بین سنسور ۵ و ۶ است.

ماکزیمم بارگذاری بر طبق ایجاد یک‌بار بر روی سازه به‌صورت بارگذاری با طول زمانی ۱۰ ثانیه است. قبول یا ردی معیار تست بر اساس اینکه آیا پره تحت این بار توانسته دوام بیاورد یا نه حاصل می‌شود. بنابراین نیازمند طراحی یک پروفایل نیرویی است که نشانگر یک تست استاندارد بوده و ارزیابی‌های آکوستیکی را نیز در بر داشته باشد. این نیرو باید درواقع نشانی از یک نیروی با مقدار زیاد بر روی پره باشد که پره در طی عملکرد ممکن است با آن مواجه شود؛ همچنین نیازمند این باشد که بتوانیم تشخیص دهیم که آیا بعد از بارگذاری آسیبی ایجادشده است یا نه؛ بنابراین یک ترتیبی از بارگذاری‌ها باید بر روی پره انجام بگیرد تا مینیم مقدار بارگذاری که باعث تشخیص یک اتفاق آکوستیکی می‌گردد را مشخص کند. در شکل ۴ نتیجه این بارگذاری‌های مکرر برای رسیدن به آن هدف آورده شده است.

تست خستگی

برای تست خستگی که ممکن است تا ۲ ماه به طول بیانجامد. تعدد داده‌های جمع‌آوری‌شده در حین تست آکوستیکی مسئله خیلی مهمی است. برای مدیریت داده‌های آکوستیکی صرفاً پارامترهایی مثل تعداد سیکل‌های بارگذاری، انرژی، داده‌های پارامتریک، میانگین سطح سیگنال‌های آکوستیکی به‌طور پیوسته ثبت و ضبط می‌شود. بعد از هر ۱۰۰۰۰ سیکل به‌اندازه ۱۰ سیکل با فرکانس پایین ثبت داده اتفاقات صورت می‌گیرد. در این تست‌ها حد آستانه بالاتر از ۵۵dB تنظیم می‌گردد. تست خستگی دارای ۴ مرحله بارگذاری مختلف است که در شکل پایین آورده شده است.

  • بارگذاری استاتیک اولیه تا OL (داده‌های آکوستیکی ثبت می‌شود).
  • بارگذاری استاتیکی در حین شروع و بعد از ۵۰۰۰۰۰ سیکل تا ۱۰ درصد بار ماکزیمم خستگی (داده‌های آکوستیکی ثبت می‌شود).
  • بارگذاری با سرعت بالا ۲ Hz بارگذاری خستگی سینوسی R=0.1 تا بارگذاری ماکزیمم خستگی (داده‌های پارامتریک و انرژی و سطح دامنه سیگنال‌ها ثبت می‌گردد).

بعد از هر ۱۰۰۰۰ سیکل، بار اعمالی به یک‌دهم کاهش می‌یابد. یعنی ۰٫۲ Hz و در طول این بازه زمانی مشخصه‌های نیرو-کرنش و فعالیت‌های آکوستیکی مورد پایش قرار می‌گیرد.

منبع: https://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn553/idn553.html

بیشتر بخوانید: بازرسی مخازن ذخیره آمونیاک به روش آکوستیک امیشن

عیدانه مپوا

عیدانه مپوا

خوب سال ۱۳۹۸ هم با تمام خوبی ها و بدی هاش تمام شد. در این سال اتفاقات زیادی در شرکت مپوا رخ داد و این شرکت تجربه های متفاوتی رو کسب کرد. حالا که نزدیک سال جدید هستیم مطلبی را با عنوان «عیدانه مپوا» تقدیم شما خواهیم کرد که در آن چند تن از اعضای مپوا در مورد سالی که گذشت نظرات خود را بیان می دارند:

.

دکتر امیر رفاهی اسکوئی (مدیرعامل):

سال ۹۸ نقطه عطف مپوا بود به دلیل موفقیت های شرکت در فروش محصولات آکوستیک امیشن و برپایی نمایشگاه نفت و ساخت داخل و در آخر سال که با گرفتن مجوزهای ساخت دستگاه پالس اکسیمتر و تولید آن مواجه شد که تهدیدهای کرونا ویروس رو تبدیل به فرصت کرد.
جا دارد از تک تک دوستان و همکاران که با تلاش مضاعف خود باعث سر بلندی مپوا شدن تشکر و قدردانی بکنیم.
سال ۹۹ هم صد در صد سال پربار و درخشانی در تاریخ مپوا خواهد بود بخصوص با عرضه محصولات و خدمات جدید.
این ضرب المثل رو هم همیشه تو ذهنمون باید باشه که :
“رویاها برای کسانی است که در خوابند”

Dreams are for those who sleep

.

محسن صدری (نایب رئیس هیات مدیره):

شاید بشه اینطور شروع کرد که تلاش و امید در کنار یک همدلی کم نظیر، سرمایه ای بوده که هر ساله بیش از سال قبل تو حساب دلهای ما تو مپوا پر و پرتر شده؛ یادمه یه روز یه دوستی تو اوایل کار تیم مون بهمون گفت، شما که انقدر بی چشم داشت و به دور از منیت دارین تلاش می کنین، این خیلی عالیه، ولی الان که پولی نیست و جایگاهی نیست اینطوریه؛ اگه پولا اومد تو حساب های بانکی شرکت و هنوز همین طور بودین، اونوقت باید بهتون آفرین گفت.
از اون روز حدود ۷ سال گذشته؛ حساب های شرکت هم خیلی پر و خالی شده، اما چیزی که هیچ وقت خالی نشده شاید همین سه کلمه امید، تلاش و همدلی بوده که به لطف خدا هرروز بیشتر و بیشتر سرلحوحه ما بوده.

سال ۹۸

اما ۹۸؛ سالی پر از استرس، چالش و البته دستاوردهای جدید؛
شاید مهمترین هاش رو بشه بحث های فنی دونست و دستگاه هایی که تحویل شدند یا نمونه های صنعتی شون آماده تجاری سازی؛ اما به نظر من دستاوردهایی مهم تر از اون هم بوده که برخی اش رو گفتن بد نیست:

اصلاح ساختار سازمانی تیم و قرار گرفتن در مسیر بهبود استانداردهای فرآیندی مجموعه.
انتخاب آقای دکتر رفاهی به عنوان هیات مدیره انجمن تست های غیرمخرب ایران.
ترمیم تیم اداری و فروش و فعال تر شدن محتوای وب سایت مپوا.
ثبت شرکت گیتی سپند و تفکیک حوزه های تخصصی دو شرکت.
مذاکرات جدی با برخی سرمایه گذاران تخصصی برای توسعه بازار.
تحریم ها و اثرات مثبتی که روی تقاضای محصولات مون داشتند.
و اخریش هم کرونا و استرس هاش و البته تقاضای فوق العاده ای که برای تولید انبوه پالس از دلش دراومد شاید یه جورایی یه جسن ختام باشکوه بود از این درس تکراری که حکمت خداوند در طول تلاش ها و قابلیت های انسان ها قرار میگیره و تعویق استجابت دعاهامون به معنای کم لطفی نیست؛ شکیبا باید بود و راضی به آنچه معبود برامون مقدر کرده در راستای تلاش هایی که داشتیم.
همه این حدود ۹ – ۱۰ سال فعالیت حالا مپوا رو در آستانه ۹۹ با تمام فراز و نشیب ها به یک تفکر جدید تبدیل خواهد کرد. انشالا…
تفکری بر مبنای روشن کردن شمع هایی ولو اندک و کوچک که در این سازمان مقدس جایگزین نفرین های بی ثمر مرسوم، بر تاریکی شده اند.
همیشه ایدال نیستیم اما همین که رو به بهبودیم خداروشکر.

از شوماخر پرسیدن رمز موفقیتت چی بود
گفت تو پیچها که همه ترمز میکردن، من گاز میدادم

.

مسعود صدری (مدیر دپارتمان کسب و کار):

سال ۹۸ پر از روزهای تلخ و شیرین بود؛ پر از شکست و ناامید نشدن و تلاش و تلاش و تلاش تا رسیدن؛ از اضافه شدن همکاران و دوستای فوق العاده بگیر تا فروش اولین دستگاه آکوستیک امیشن، نهایی شدن پالس اکسیمتر، نهایی شدن دستگاه mfl،  اجرای موفق جشنواره استار پوزال، برگزاری انواع و اقسام دوره ها (از دوره آکوستیک امیشن گرفته تا دوره های کسب و کار دانش بنیان تو ۶ تا استان)، تولد گیتی سپند و بزرگ و بزرگ تر شدن مپوا، پخته تر و بالغ تر شدن دستگاه ها از نظر فنی در کنار یه سایت حرفه ای و درجه یک.
اگه بخوام خیلی خلاصه بگم تیم تر شدیم و هماهنگ تر و همدل تر؛ سختی و چالش و گره های کور هم کم نداشتیم که الان دیگه همشون فقط تجارب ارزشمندن و قوی ترمون کردن.

حسنا نصیریان (الکترونیک):

با تمام خوبی ها و بدی ها، روزهای سخت و آسون، برگ دیگه ای از دفتر روزگار ورق خورد و یک سال دیگه گذشت.
سال ۹۸ نه تنها برای ایران بزرگ, بلکه برای مپوایی های عزیز هم سالی پر از چالش و روزهای مملو از سختی بود. با تمامی این اوصاف با همت و اتحاد تمامی اعضای خانواده بزرگ مپوا و با توکل به پروردگار مهربان، سرانجامی نکو و پیشرفت شایان ذکری در حوزه آکوستیک امیشن, دستگاه MFL و پالس اکسی متر حاصل گردید و سالی درخشان را رقم زد.
حالا ک در آستانه سال جدید هستیم از خداوند منان سالی سرشار از سلامتی, اتحاد, همدلی, موفقیت های روز افزون, روشن بینی و مهربانی برای تمامی مردم ایران زمین علی الخصوص مجموعه ی بی نظیر مپوا طلب میکنم.
روزهاتون بهاری و بهارتون جاودان باد.

.

محمد امین سفیدیان (دیجیتال مارکتینگ):

سال ۱۳۹۸ با تمام فراز و نشیب هایش تمام شد. اتفاقات عجیبی در این سال افتاد که حتی تا آخرین روزهایش هم قابل پیش بینی نبود (درست مانند همین ویروس کرونا)؛ البته می توانیم بگوییم که در ایران اتفاقات عجیب زیادی رخ میدهد و شاید ما هم عادت کرده ایم به این همه بهم ریختگی ! اما نکته اینجاست که در شرایط وجود این همه مشکلات، سروپا نگه داشتن یک کسب و کار امری بس دشوار است. خیلی از افراد با وجود این شرایط اصلا به سمت ایجاد کسب و کار نمی روند یا خیلی ها وسط راه کم می آورند؛ البته سخت تر از شکل دادن به یک کسب و کار، حفظ و نگهداری آن است.

خوشبختانه شرکت مپوا از آن مجموعه های قوی است که با گذر زمان و هر روز پیشرفتی را در کارنامه خود ثبت می کند و توانسته از آرمان های خود به خوبی حفاظت کند. تولید و بومی سازی دستگاه هایی که حتی نمونه های خارجی آن ها هم کم هستند درست منطبق با هدف سال گذشته یعنی رونق تولید ملی است و فارغ از تمام مسائل مایه افتخار و مباهات برای کشورمان است. تمام این ها را گفتم تا به این حرف برسم که خیلی خوشحالم که من هم عضو کوچکی از این مجموعه کاربلد هستم و امیدوارم این تیم در سال جدید هم روز به روز شاهد رشد های چشم گیر تری باشد و من هم بتوانم نقشی هر چند کوچک در این پیشرفت داشته باشم.

acoustic emission workshop

کارگاه عملی آشنایی با روش آکوستیک امیشن

کارگاه عملی آشنایی با روش آکوستیک امیشن با همکاری شرکت مپوا دانشگاه علم و صنعت

کارگاه عملی آشنایی با روش آکوستیک امیشن بهمن امسال با همکاری شرکت مپوا در دانشگاه علم و صنعت برگزار شد. در این مطلب گزارش تصویری مربوط به این کارگاه را مشاهده می کنید. توضیح آنکه این کارگاه مربوط به زمان قبل از گسترش ویروس کرونا برگزار شده است.

شرکت مهندسان پایش وضعیت امیرکبیر (مپوا)، با بهره‌گیری از دانش فنی در حوزه تست‌های غیرمخرب موفق تولید و بومی سازی دستگاه آکوستیک امیشن Acoustic Emission شده است و اولین و تنها تولید کننده دستگاه آکوستیک امیشن ۴ کاناله در ایران است.

آزمون آکوستیک امیشن Acoustic Emission یا 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 تحت ‌فشار فلزی، سیستم‌های لوله‌کشی، راکتورها و غیره گسترش ‌یافته است. از این روش می‌توان برای تشخیص و موقعیت‌یابی عیوب مختلف در سازه‌های تحت بار و اجزای آن‌ها استفاده کرد. نوع کاربردها شامل ردیابی ترک، خوردگی، عیوب جوش و تردی ماده است.

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.

در زیر گزارش تصویری این رویداد رو مشاهده می کنید:

بازرسی مخازن ذخیره آمونیاک به روش آکوستیک امیشن

بازرسی مخازن ذخیره آمونیاک به روش آکوستیک امیشن

مخازن ذخیره آمونیاک بواسطه سیال با دمای بسیار پایین (-۳۳ درجه سانتی گراد ) به‌صورت چندلایه و با ضخامت عایق نسبتاً بالا ساخته می‌شوند. به‌واسطه ساخته لایه‌ای این مخازن روش آکوستیک امیشن یکی از معدود روش‌های بازرسی، به‌ویژه در کف آن است. شکل زیر شماتیک مخزن آمونیاک را نمایش می‌دهد.

ammonia tank AE test

شروع استفاده از روش آکوستیک امیشن برای بازرسی مخازن ذخیره آمونیاک به دهه ۱۹۸۰ میلادی بر می‌گردد. در این مخازن به‌واسطه مشکلات ناشی از ایجاد خرابی ناخواسته، نفوذ اکسیژن و تنش حرارتی سعی می‌گردد که از تخلیه، تمیزکاری و بازرسی اجتناب گردد.

نحوه استفاده از روش آکوستیک امیشن

بازرسی این مخازن توسط روش آکوستیک امیشن هر ۵ سال یک‌بار توصیه می‌گردد.

برای بازرسی کف مخازن ابتدا نیاز به‌ قرار دادن مخزن در حالت استراحت (rest) برای مدت مشخص است.

در این حالت مخزن تحت‌فشار کمتری نسبت به فشار کاری مجاز قرار می‌گیرد. در مرحله بعدی فشار در زمان کوتاهی افزایش‌یافته و سنسورهای مربوطه در صورت وجود خرابی سیگنال‌های مربوطه را دریافت می‌نمایند.

در این تست با توجه به دمای پایین دیواره و جهت آسیب ندیدن سنسورهای پیزو الکتریک از تجهیزی به نام  Wave guide  استفاده ‌شده تا امواج ایجاد شده توسط مکانیزم های خرابی را به سنسور منتقل نماید. شکل زیر این تجهیز و نحوه اتصال آن به بدنه و سنسور  را نمایش می‌دهد.

ammonia tank AE test

عموماً برای بازرسی مخازن آمونیاک نیازمند تعداد کانال‌های بالای آکوستیک امیشن است. تعداد کانال‌ها عموماً از ۱۶ تا ۱۲۸ عدد است. استاندارد بازرسی در این موضوع ASTM-E1930-97 است. همچنین یکی از مشخصه های دستگاه آکوستیک امیشن قابلیت داده برداری برای مدت زمان طولانی است. زمان اجرای این تست بین ۴۸ ساعت تا یک هفته است و نیازی به تخلیه مخزن نیست. شکل زیر نمایش عیوب مختلف بدست آمده  را نمایش می‌دهد. این نتایج مربوط به مخزنی در آمریکا بوده که بازرسی آن به سرپرستی Peacock توسط یک دستگاه آکوستیک امیشن ۶۴ کاناله انجام گرفته است. در این تست برای ارزیابی داده ها از اثر کایزر و معیارهای انتشار سیگنال در حین نگه داشتن بار، مدت زمان تجمعی، تعداد اتفاقات، اتفاقات با حداکثر دامنه و قدرت سیگنال مطابق با استاندارد  ASTM-E1930-97 استفاده شده است.

ammonia tank AE test

مرجع:

M Peacock, Improving the reliability of an ammonia tank AE test, Insight Vol. 54 No.12 December 2012

بیشتر بخوانید :

کاربرد آکوستیک امیشن برای سنجش کیفیت مخازن دارای نشتی و خوردگی به همراه استانداردهای مربوطه

کاربرد روش آکوستیک امیشن برای پایش فرایندهای داروسازی

رشد ۴ برابری تعداد مقالات در حوزه آکوستیک امیشن

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

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 مقالات در حوزه آکوستیک امیشن 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 مهندسان پایش وضعیت امیرکبیر (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