СПЛИТ-СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ Российский патент 1999 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к области неразрушающих испытаний ультразвуковыми методами и может быть использовано в различных отраслях машиностроения для контроля материалов и изделий, преимущественно крупногабаритных и с большим затуханием ультразвука.

Известен способ ультразвукового контроля изделий [Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Глав. Ред. И.П.Голямина. -М.: Советская энциклопедия, 1979, С. 105] , заключающийся в том, что в изделии возбуждают короткий акустический импульс, принимают отраженные от изделия эхо-сигналы, преобразуют их в электрический сигнал, по которому определяют параметры контролируемого изделия.

Недостатком известного способа является низкая чувствительность контроля, определяемая максимальным значением амплитуды зондирующего сигнала, связанной в свою очередь с ограничениями конструктивного и другого характера.

Известен способ [Аксенов В.П. Применение радиолокационных методов оптимального обнаружения при ультразвуковом эхо-контроле./ Дефектоскопия, N 2, 1982, с.67-74.] ультразвукового контроля изделий, заключающийся в том, что в контролируемом изделии возбуждают сложно-модулированный зондирующий сигнал, принимают отраженные от изделия эхо-сигналы, преобразуют их в последовательность электрических сложномодулированных импульсов, каждый из импульсов оптимально фильтруют, а по результату оптимальной фильтрации определяют параметры контролируемого изделия.

Недостатком описанного выше способа является низкая чувствительность и достоверность контроля, связанная с тем, что с ростом затухания ультразвука одновременно проявляется сильная зависимость коэффициента затухания от частоты. Последнее приводит к искажению формы эхо-сигналов и, как следствие, - нарушению оптимальности фильтрации, существенному искажению формы сигнала на выходе оптимального фильтра, уменьшению чувствительности и достоверности контроля.

Известен способ ультразвукового контроля, принимаемый в качестве прототипа, описанный в [Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн.5 Интроскопия и автоматизация неразрушающего контроля: Практическое пособие/В.В.Сухоруков, Э.И. Вайнберг, Р. -И.Ю.Кажис, А.А.Абакумов; Под ред. В.В.Сухорукова. - М.: Высш. Шк. , 1993, с. 112-113. ] и заключающийся в том, что в изделии возбуждают ультразвуковые колебания периодической последовательностью импульсов, принимают отраженные от изделия эхо-сигналы, преобразуют их в последовательность электрических импульсов и накапливают, а по результату накопления импульсов определяют параметры контролируемого изделия.

Недостатком такого способа является низкая чувствительность контроля, ограничиваемая потенциально небольшим количеством накапливаемых импульсов, число которых определяется конструктивными, технологическими или иными соображениями.

Техническая задача предлагаемого способа заключается в повышении чувствительности контроля.

Эта задача достигается тем, что в известном способе ультразвукового контроля, заключающемся в том, что в изделии зондирующим сигналом возбуждают ультразвуковые колебания, принимают эхо-сигналы и накапливают их в накопителе, а по результату накопления импульсов определяют параметры контролируемого изделия, в качестве зондирующей последовательности используют совокупность радиоимульсов - квазигармоник, причем несущая частота каждого радиоимпульса отличается от несущей частоты других радиоимульсов и выбирается в пределах совокупной полосы пропускания излучающего и приемного электроакустических преобразователей, а каждый радиоимпульс принимаемого сигнала перед накоплением оптимально (квазиоптимально) фильтруют.

Существо изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ;
- на фиг.2.а изображен зондирующий сигнал;
- на фиг.2.б изображены совокупная амплитудно-частотная характеристика электроакустических преобразователей (кривая 1) и амплитудно-частотные спектры радиоимпульсов - квазигармоник, составляющих сигнал;
- на фиг.2.в изображен сигнал после оптимальной фильтрации;
- на фиг.2г - 2.ж изображено взаимное положение во времени радиоимпульсов - квазигармоник, составляющих сигнал в процессе накопления;
- на фиг.2.з изображен импульс на выходе накопителя.

Сплит-способ ультразвукового контроля толщины изделий заключается в том, что в контролируемом изделии зондирующим сигналом, представляющим собой набор квазигармоник, возбуждают ультразвуковые колебания, принимают эхо-сигналы квазигармоник, каждую принятую квазигармонику сигнала оптимально (квазиоптимально) фильтруют, после чего все квазигармоники синфазно суммируют в накопителе, а частоту каждой квазигармоники выбирают в пределах совокупной полосы пропускания излучающего и приемного электроакустических преобразователей. Сочетание оптимальной фильтрации каждой квазигармоники с синфазным накоплением оптимально отфильтрованных квазигармоник позволяет достичь максимально возможной при заданном времени контроля чувствительности, приблизив ее к теоретически возможному пределу. Сплит, от английского "split", что означает "разделенный, расщепленный". Сплит - устоявшийся технический термин, применяемый к обозначению распределенного в пространстве устройства или механизма, а также применяемый к обозначению процесса, разделенного во времени на функционально законченные фазы, направленные на достижение общей цели.

Устройство, реализующее заявляемый способ, состоит из электроакустически последовательно соединенных синхронизатора 1, генератора 2 зондирующих импульсов, усилителя 3 мощности, излучающего электроакустического преобразователя 4, приемного электроакустического преобразователя 5, управляемого полосового (либо оптимального) фильтра 6, накопителя 7, второй вход которого объединен с вторым входом управляемого полосового оптимального фильтра 6 и соединен с вторым выходом синхронизатора и индикатора 8. В качестве индикатора 8 может быть использован электронно-лучевой осциллограф. Цифрой 9 обозначено контролируемое изделие.

Устройство для осуществления способа (см фиг.1) работает следующим образом.

Запускаемый синхронизатором 1 генератор 2 зондирующих импульсов вырабатывает поступающий на вход усилителя мощности 3 зондирующий сигнал длительностью Т_к форма которого показана на фиг.2.а, представляющий собой совокупность радиоимпульсов длительностью Т_г каждый, вполне определенной частоты F_i, отличной от частоты двух радиоимпульсов. На фиг.2.б показано относительное положение спектров каждой квазигармоники (кривые 1) в пределах совокупной полосы пропускания излучающего и приемного электроакустических преобразователей (кривая 2). Усилитель 3 мощности возбуждает излучающий электроакустический преобразователь 4. Принятые из изделия 9 ультразвуковые эхо-сигналы после обратного электроакустического преобразования приемным преобразователем 5 поступают на вход управляемого оптимального фильтра 6. Работа фильтра 6 организована таким образом, что его частотная характеристика при приеме эхо-сигнала оказывается согласованной с частотной характеристикой принимаемой в данный момент квазигармоники. Форма радиоимпульсов на выходе управляемого оптимального фильтра 6 показана на фиг.2в. Работа накопителя 7, управляемая импульсами синхронизатора 1, циклически возобновляется в моменты времени, отмеченные на фиг.2.а. Взаимное положение во времени некоторых из последовательностей квазигармоник показано на фиг.2.г. - фиг.2.ж. Фазы несущей квазигармоники после оптимальной фильтрации выбираются при излучении таким образом, чтобы синфазное их суммирование происходило в момент максимума огибающей каждой квазигармоники на выходе фильтра. Суммирование квазигармоник реализует процесс гармонического синтеза эхо-сигнала, по виду приближающегося к виду δ-функции (см.фиг2.з). Принимая во внимание, что амплитуда сигнала на выходе оптимального фильтра пропорциональна энергии входного сигнала, в результате описанного выше процесса обработки эхо-сигнала амплитуда сигнала на выходе накопителя оказывается пропорциональной суммарной энергии радиоимпульсов.

Приведем пример расчета параметров зондирующего сигнала, исходя из заданных параметров электроакустического тракта. Так, в качестве исходных параметров принимаем:
С - скорость ультразвука (2000 м/сек);
L - требуемая глубина контроля (до 100 мм);
Т - максимальное время, отводимое на контроль изделия в одной точке (не более 1 сек);
ΔL - лучевая разрешающая способность (не хуже 1 мм);
Определим необходимую полосу частот:
Из условия однозначности контроля определим потребное количество N гармоник:
При максимально допустимом времени контроля Т = 1 сек длительность Т_к квазигармоники составит а полоса амплитудно-частотного спектра каждой квазигармоники всего 200 Гц. Реализация предлагаемого способа позволяет получить выигрыш по чувствительности в сравнении с прототипом что при заданных выше числовых значениях составит величину более 30 дБ.

Изобретение относится к неразрушающим испытаниям ультразвуковыми методами и может быть использовано в различных отраслях машиностроения для контроля материалов и изделий, преимущественно крупногабаритных и с большим затуханием ультразвука. Способ заключается в том, что в изделии возбуждают ультразвуковые колебания последовательностью paдиoимпульcoв - квазигармоник, применяют эхо-сигналы, оптимально фильтруют и накапливают их в накопителе, а по результату накопления импульсов определяют параметры контролируемого изделия, причем несущая частота каждого радиоимпульса выбирается отличной от несушей частоты других радиоимпульсов в пределах совокупной полосы пропускания излучающего и приемного электроакустических преобразователей. Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение чувствительности контроля. 2 ил.

Сплит-способ ультразвукового контроля, заключающийся в том, что в изделии зондирующим сигналом возбуждают ультразвуковые колебания, принимают эхо-сигналы и накапливают их в накопителе, а по результату накопления определяют параметры контролируемого изделия, отличающийся тем, что эхо-сигналы перед накоплением оптимально (квазиоптимально) фильтруют, а в качестве зондирующего сигнала используют набор последовательно излучаемых радиоимпульсов - квазигармоник, причем несущая частота каждого радиоимпульса выбирается отличной от несущей частоты других радиоимпульсов в пределах совокупной полосы пропускания излучающего и приемного электроакустических преобразователей.