УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОП Российский патент 2001 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к области неразрушающих испытаний материалов и изделий ультразвуковым методом. Главным образом оно может быть использовано для контроля основного металла и сварных швов в энергетике, судостроении, машиностроении, металлургии и других отраслях.

В промышленности для обнаружения внутренних дефектов и координат их залегания, определения нарушений структуры материала, измерения толщины объектов используются различные методы и средства неразрушающего контроля - ультразвуковые дефектоскопы.

Известны и широко применяются в стране ультразвуковые дефектоскопы УД2-12 [1] . Это дефектоскоп аналогового типа, позволяющий обнаруживать дефекты нормальным и наклонным преобразователями, измерять координаты залегания дефектов, время от момента посылки до прихода эхо-сигнала, определять с помощью аттенюатора соотношение амплитуд регистрируемых эхо-сигналов.

Недостатком таких дефектоскопов являются большие массогабаритные характеристики, связанные с использованием в качестве индикатора электронно-лучевой трубки и источников питания, необходимых для ее работы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является ультразвуковой дефектоскоп УД2-17 [2].

В состав известного дефектоскопа входит излучающий пьезопреобразователь, подключенный к генератору высокочастотных импульсов, приемное устройство, состоящее из последовательно соединенных аттенюатора, усилителя высокой частоты, детектора, видеоусилителя, подключенное к излучающему или приемному преобразователю с помощью переключателя, генератор счетных импульсов, формирователь кода, блок программного управления, оперативное запоминающее устройство, клавиатура, генератор развертки и индикаторное устройство, причем блок программного управления соединен с генератором высокочастотных импульсов, аттенюатором, генератором счетных импульсов и формирователем кода, генератором развертки, оперативным запоминающим устройством и клавиатурой, генератор счетных импульсов подключен к формирователю кода, а индикаторное устройство соединено с генератором развертки и видеоусилителем.

Недостатками известного дефектоскопа являются большие массогабаритные характеристики и невозможность остановить ("заморозить") изображение из-за применения аналогового генератора развертки.

Технической задачей решаемой изобретением, является разработка ультразвукового дефектоскопа, позволяющего, как и известное устройство обнаруживать дефекты в материалах и изделиях, измерять их координаты и время от момента посылки импульса до прихода эхо-сигнала, определять отношение амплитуд регистрируемых эхоимпульсов, но дополнительно остановить ("заморозить") изображение, сформировать логарифмический закон усиления, создать развертку типа "Б" и имеющий небольшие габариты и массу.

Поставленная задача решается за счет того, что предложенное устройство содержит, как и известный дефектоскоп, излучающий пьезопреобразователь, подключенный к генератору высокочастотных импульсов, приемное устройство, состоящее из последовательно соединенных аттенюатора и усилителя высокой частоты, подключенное с помощью переключателя к излучающему или приемному преобразователю, генератор счетных импульсов, формирователь кода, блок программного управления, оперативное запоминающее устройство, клавиатура и индикаторное устройство, причем блок программного управления соединен с аттенюатором, формирователем кода, оперативным запоминающим устройством и клавиатурой. Но в отличие от известного устройства предлагаемый дефектоскоп дополнительно содержит последовательно соединенную цепь из аналого-цифрового преобразователя, контроллера прямого доступа к памяти и контроллера прерываний, подключенную к выходу высокочастотного усилителя, причем контроллер прямого доступа к памяти соединен с генератором высокочастотных импульсов, генератором счетных импульсов и оперативным запоминающим устройством, контроллер прерываний подключен к блоку программного управления, а последний к индикаторному устройству.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена структурная схема предлагаемого дефектоскопа.

Предлагаемый дефектоскоп состоит из генератора высокочастотных импульсов 1, излучающего 2 и приемного 3 пьезопреобразователей, переключателя 4, аттенюатора 5, усилителя 6, блока программного управления 7, аналого-цифрового преобразователя 8, контроллера 9 прямого доступа к памяти, оперативного запоминающего устройства 10, контроллера прерываний 11, генератора счетных импульсов 12, формирователя кода 13, индикаторного устройства 14 и клавиатуры 15.

Ультразвуковой дефектоскоп работает следующим образом. Широкополосный генератор 1 высокочастотных импульсов вырабатывает радиоимпульсы с амплитудой около 200 В, возбуждающие пьезоэлектрический прямой или наклонный излучающий пьезопреобразователь 2.

Дефектоскоп реализует эхо-метод, теневой и зеркально-теневой. Импульсные сигналы, снимаемые с того же преобразователя 2 или с приемного преобразователя 3 посредством переключателя 4, поступают на вход приемного устройства (ПУ), состоящего из последовательно соединенных аттенюатора 5 и широкополосного усилителя 6 с линейным коэффициентом усиления. В дефектоскопе реализован усилитель с полосой пропускания 1...30 Мгц и коэффициентом усиления 100 дБ. Аттенюатор 5, обеспечивающий требуемый динамический диапазон усиления, управляется цифровым кодом от блока программного управления 7.

Для преобразования сигналов из аналоговой в цифровую форму на выходе усилителя 6 установлен одноразрядный двуполярный параллельный аналого-цифровой преобразователь 8 (АЦП), изготовленный в соответствии с [3]. АЦП 8 работает совместно с контроллером 9 прямого доступа к памяти (ПДП), который формирует для него сигналы синхронизации, считывает цифровую информацию, накапливает ее и заносит в оперативно-запоминающее устройство 10 (ОЗУ). Кроме этого контроллер 9 ПДП используется для формирования управляющих сигналов на генератор 1 высокочастотных импульсов, контроллер 11 прерываний и генератор 12 счетных импульсов и обеспечивает синхронизацию между моментом возбуждения преобразователя 2 и считыванием данных. Для записи информации в ОЗУ 10 контроллер 9 ПДП формирует адресные и управляющие сигналы. Контроллер 9 ПДП выполнен в соответствии с [3].

Контроллер прерываний 11 необходим для разделения во времени контроллера 9 ПДП и блока программного управления 7 на общую шину данных и адреса. В качестве блока программного управления 7 в дефектоскопе использован процессор типа 1816BE31[4], который не позволяет приостанавливать свою работу от внешнего сигнала. Контроллер прерываний 11, в качестве которого может быть использован контроллер, описанный в [3], аппаратно останавливает процессор не на полное время развертки, а только на время записи байта контроллером 9 ПДП в ОЗУ 10.

В момент запуска генератора 1 импульсов высокой частоты контроллер 9 ПДП запускает генератор 12 счетных импульсов, работа которого прерывается измеряемым эхо-сигналом. При этом осуществляется подсчет числа этих импульсов и формирователь кода 13 преобразует соответствующий временной интервал в цифровой код и передает его в блок программного управления 7. Этот блок с помощью "зашитых" в нем программ обработки осуществляет расчет координат обнаруженных дефектов, в том числе и при работе наклонного преобразователя по криволинейной поверхности, измерение амплитуд эхо-сигналов, преобразование их в логарифмическую форму.

В качестве индикаторного устройства 14 в дефектоскопе использован плоский матричный жидкокристаллический индикатор, что позволило резко уменьшить габаритные размеры и массу. Формирование развертки типа А и Б на таком индикаторе осуществляется с помощью блока программного управления 7 путем вызова записанной в ОЗУ 10 цифровой информации о результатах контроля. Такой способ формирования разверток позволяет остановить ("заморозить") изображение на произвольное время, запомнить его в одной из ячеек памяти и вызвать его на экран в любое время.

Клавиатура 15 позволяет осуществить выбор выполняемых дефектоскопом функций, ввод постоянных (скорость продольных и поперечных волн, угол ввода луча, толщина изделия), вывод на индикатор измеренных значений о результатах контроля, вывод на печать полной информации о результатах контроля.

Таким образом, предлагаемый дефектоскоп, как и известный, позволяет обнаруживать внутренние дефекты, измерять временной интервал от посылки до приема эхо-сигнала, определять координаты обнаруженных дефектов нормальным и наклонным преобразователем при контроле изделий с плоскими поверхностями, но в дополнении к этому позволяет остановить ("заморозить") изображение, запомнить его на длительный срок, сформировать развертку типа "Б" и логарифмический режим усиления, определять координаты дефектов при контроле изделий с криволинейной поверхностью наклонным преобразователем, вывод на печать через подключаемый принтер полной информации о результатах контроля, а также обладает небольшими габаритами и массой.

ЛИТЕРАТУРА
1. Дефектоскоп ультразвуковой УД2-12. Руководство по эксплуатации.

2. Дефектоскоп ультразвуковой УД2-17. Руководство по эксплуатации.

3. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Под редакцией Якубовского С.В. М., Радио и связь, 1989.

4. Сташин В. В., Урусов А.В., Мологонцева О.Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. М., Энергоиздат, 1990.

Изобретение относится к области неразрушающих испытаний материалов и изделий ультразвуковым методом и может быть использовано для контроля основного металла и сварных швов. Возможность остановки изображения, формирование логарифмического закона усиления, а также уменьшение массы и габаритов устройства достигается за счет того, что ультразвуковой дефектоскоп содержит излучающий пьезопреобразователь, подключенный к генератору высокочастотных импульсов, приемное устройство, в состав которого входит последовательное соединение аттенюатора и усилителя, подключенное к излучающему или приемному пьезопреобразователю с помощью переключателя, блок программного управления, оперативное запоминающее устройство, клавиатура, индикаторное устройство, последовательно соединенные генератор счетных импульсов и формирователь кода, подключенный к блоку программного управления, с которым соединены аттенюатор, оперативное запоминающее устройство и клавиатура. К выходу приемного устройства подключена последовательно соединенная цепь из аналого-цифрового преобразователя, контроллера прямого доступа к памяти и контроллера прерываний. Контроллер прямого доступа к памяти соединен с генератором высокочастотных импульсов, генератором счетных импульсов и оперативным запоминающим устройством, контроллер прерываний подключен к блоку программного управления, а последний - к индикаторному устройству. 1 ил.

Ультразвуковой дефектоскоп, содержащий излучающий пьезопреобразователь, подключенный к генератору высокочастотных импульсов, приемное устройство, в состав которого входит последовательное соединение аттенюатора и усилителя, подключенное к излучающему или приемному пьезопреобразователю с помощью переключателя, блок программного управления, оперативное запоминающее устройство, клавиатура, индикаторное устройство, последовательно соединенные генератор счетных импульсов и формирователь кода, подключенный к блоку программного управления, с которым соединены аттенюатор, оперативное запоминающее устройство и клавиатура, отличающийся тем, что к выходу приемного устройства подключена последовательно соединенная цепь из аналого-цифрового преобразователя, контроллера прямого доступа к памяти и контроллера прерываний, причем контроллер прямого доступа к памяти соединен с генератором высокочастотных импульсов, генератором счетных импульсов и оперативным запоминающим устройством, контроллер прерываний подключен к блоку программного управления, а последний - к индикаторному устройству.