ДАТЧИК ИСПРАВНОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Российский патент 2008 года по МПК G01N29/22 

Предлагаемое изобретение относится к области ультразвуковых неразрушающих испытаний материалов и изделий и может быть использовано, в частности, для контроля качества листового и сортового проката и труб в составе установок ультразвукового контроля.

Известен программно-аппаратный комплекс ультразвуковой дефектоскопии, содержащий блоки генераторов и усилителей, блоки акустических преобразователей, снабженный центральным процессором, соединенным с устройством вывода информации и устройством отображения информации, датчиком перемещения, блоком формирования сигналов синхронизации и предварительной обработки информации, блоком согласования, при этом усилитель выполнен программно управляемым, а центральный процессор подключен к блоку формирования сигналов синхронизации и обработки информации [1].

Недостатком известного изобретения является невозможность контроля за исправностью преобразователей во время эксплуатации и своевременное их выключение с целью недопущения получения недостоверной информации.

Известен ультразвуковой датчик с непрерывным и регулируемым самоконтролем для измерения уровня жидких и сухих продуктов, содержащий пьезоэлектрический элемент с окнами. Полученная энергия в окне, указывающем на отсутствие продукта, используется в качестве сигнала к самоконтролю [2].

Известен электромагнитно-акустический преобразователь с магнитами и плоской катушкой, обеспечивающими статическое магнитное поле в объекте контроля. Система может оценивать направление разрушения и прогнозировать остаточный срок службы металла [3].

Общим недостатком известных ультразвуковых преобразователей является отсутствие в системах устройств для регистрации неисправностей самих преобразователей, что резко снижает достоверность контроля качества металлопроката.

Целью изобретения является создание такой схемы управления работой ультразвуковых преобразователей, которая могла бы оперативно регистрировать их неисправность, что обеспечивало бы сокращение времени на выявление и отключение неисправных преобразователей.

Указанная цель достигается тем, что в датчике исправности ультразвуковых преобразователей, входы и выходы которых соединены с усилителями и генераторами зондирующих импульсов, подключенными к вычислительному комплексу установки ультразвукового контроля, вход и выход одного из ультразвуковых преобразователей, размещенных в одном корпусе, соединен также с сигнальным входом узла измерителя параметров зондирующих импульсов, с входом выпрямителя и выходом формирователя импульсов, выход выпрямителя через стабилизатор напряжения подключен к входам питания формирователя импульсов и узла измерителя параметров зондирующих импульсов, причем последний содержит пиковый детектор, компаратор, тактовый генератор, аналого-цифровой преобразователь, счетчик и микропроцессор, при этом сигнальный вход узла измерителя параметров зондирующих импульсов является входом пикового детектора и компаратора, выход пикового детектора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход компаратора подключен к входу счетчика, при этом выходы аналого-цифрового преобразователя и счетчика подключены к соответствующим входам микропроцессора, кроме того, выход тактового генератора подключен к другим входам аналого-цифрового преобразователя, счетчика и микропроцессора, а выход микропроцессора, являющийся выходом узла измерителя параметров зондирующих импульсов, подключен к управляющему входу формирователя импульсов.

Под неисправностью ультразвукового преобразователя (УЗ) подразумевается механическое или электрическое разрушение активного элемента преобразователя (например, катушки индуктивности), сопровождающееся появлением обрыва или замыкания в электрических цепях преобразователя. Неисправностью также является обрыв кабеля на участке между преобразователем и датчиком исправности.

Неисправность преобразователя проявляется в уменьшении его коэффициента преобразования. При этом также меняется форма и длительность ЗИ, так как преобразователь вместе с генератором и усилителем образуют резонансную систему, при изменении параметров преобразователя условие резонанса нарушается.

Анализ параметров зондирующих импульсов осуществляется узлом измерителя параметров ЗИ.

Амплитуда ЗИ измеряется при помощи пикового детектора и аналого-цифрового преобразователя, а длительность импульса - с помощью компаратора и счетчика.

Формирователь импульсов представляет собой электронный ключ, управляемый микропроцессором узла измерителя параметров зондирующих импульсов.

Ключ формирователя импульсов подключает к цепи ультразвукового преобразователя поочередно либо выход стабилизатора напряжения либо общую цепь датчика исправности.

Таким образом, при переключении ключа в соединительной цепи датчика исправности возникают электрические импульсы. Сигнал управления ключом формируется таким образом, чтобы вырабатывались пачки импульсов с частотой заполнения, попадающей в диапазон частот электрического сигнала УЗ-преобразователя.

При отклонении измеренной амплитуды или длительности ЗИ от заданных значений микропроцессор узла измерителя параметров зондирующего импульса изменяет режим работы формирователя импульсов, который в свою очередь меняет параметры вырабатываемых импульсов.

Формирователь импульсов имеет два режима работы: первый режим используется, если измеренные параметры ЗИ в норме, второй - при отклонении этих параметров от нормы. Параметры импульсов, вырабатываемых формирователем импульсов, в этих режимах различны. Импульсы, которые вырабатывает формирователь, подмешиваются в сигнал УЗ-преобразователя и через усилитель поступают в блоки обработки сигналов вычислительного комплекса установки УЗК (ВК УЗК). ВК измеряет параметры этих подмешанных импульсов и определяет, в каком состоянии датчик исправности УЗ преобразователя ("преобразователь исправен" или "преобразователь не исправен"). Далее, в соответствии с состоянием датчиков и на основе данных о параметрах импульсов, подмешанных датчиком в сигнал УЗ-преобразователя, ВК УЗК включает индикацию неисправных преобразователей и производит их автоматическое отключение.

На фиг.1 показана структурная схема датчика исправности.

На фиг.2 показан узел измерителя параметров зондирующих импульсов.

Датчик исправности содержит выпрямитель 1 (фиг.1), стабилизатор напряжения 2, узел измерителя параметров зондирующих импульсов 3 и формирователь импульсов 4.

Узел измерителя зондирующих импульсов 3 (фиг.2) содержит пиковый детектор 5, компаратор 6, тактовый генератор 7, аналого-цифровой преобразователь 8, счетчик 9, микропроцессор 10.

Питание датчика исправности производится импульсами напряжения генератора 12 зондирующих импульсов, к которому датчик исправности подключен. Зондирующие импульсы преобразуются в постоянное напряжение с помощью выпрямителя 1. Выпрямленное напряжение стабилизируется стабилизатором 2 и поступает в качестве питающего на узел измерителя параметров ЗИ 3 и формирователь импульсов 4.

Параметры зондирующих импульсов измеряются узлом измерителя параметров ЗИ 3. На основе значений измеренных параметров этот узел принимает решение об исправности преобразователя 13 и управляет работой формирователя импульсов 4.

Регистрация неисправности других УЗ-преобразователей 13, размещенных в одном корпусе, производится путем анализа параметров электромагнитной наводки в период действия зондирующего импульса этих преобразователей на УЗ-преобразователь, к которому подключен датчик исправности.

Под электромагнитной наводкой подразумеваются электрические импульсы, наводимые в цепях преобразователя 13 зондирующими импульсами другого преобразователя 13, размещенного в том же корпусе. Эта наводка возникает из-за наличия электромагнитной связи между электрическими цепями преобразователей.

Формирователь импульсов 4 по сигналу управления узла измерителя параметров ЗИ 3 подмешивает в сигнал, поступающий с УЗ-преобразователя 13, импульсы. Параметры этих импульсов определяются узлом измерителя параметров ЗИ 3.

Для исправного преобразователя импульсы формируются таким образом, чтобы не создавать помех сигналу этого преобразователя.

Импульсы, которые формирует датчик исправности, вместе с сигналом УЗ-преобразователя через усилитель 11 поступают в блоки обработки сигналов 15 вычислительного комплекса 14 установки УЗК (условно не показана).

Формирователь синхроимпульсов 16 обеспечивает синхронизацию работы всех ультразвуковых преобразователей, а так же блоков и узлов установки ультразвукового контроля во времени.

На основе данных о параметрах импульсов, подмешанных датчиком в сигнал УЗ-преобразователя, включается индикация неисправных преобразователей и происходит их автоматическое отключение.

К достоинствам предлагаемого датчика следует отнести возможность:

а) проверки исправности УЗ-преобразователя при отсутствии объекта контроля;

б) проверки исправности УЗ-преобразователя при отсутствии донных (отраженных) ультразвуковых импульсов на объекте контроля.

Источники информации

1. Патент РФ №41156.

2. Патент США №5808200.

3. Патент США №6109108.

Использование: для контроля исправности ультразвуковых преобразователей. Сущность: заключается в том, что вход и выход одного из ультразвуковых преобразователей, размещенных в одном корпусе с обеспечением электромагнитной связи между электрическими цепями преобразователей, соединен также с сигнальным входом узла измерителя параметров зондирующих импульсов, с входом выпрямителя и выходом формирователя импульсов, выход выпрямителя через стабилизатор напряжения подключен к входам питания формирователя импульсов и узла измерителя параметров зондирующих импульсов, причем последний содержит пиковый детектор, компаратор, тактовый генератор, аналого-цифровой преобразователь, счетчик и микропроцессор, при этом сигнальный вход узла измерителя параметров зондирующих импульсов является входом пикового детектора и компаратора, выход пикового детектора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход компаратора подключен к входу счетчика, при этом выходы аналого-цифрового преобразователя и счетчика подключены к соответствующим входам микропроцессора, кроме того, выход тактового генератора подключен к другим входам аналого-цифрового преобразователя, счетчика и микропроцессора, а выход микропроцессора, являющийся выходом узла измерителя параметров зондирующих импульсов, подключен к управляющему входу формирователя импульсов, также датчик содержит формирователь синхроимпульсов, обеспечивающий синхронизацию работы всех ультразвуковых преобразователей, а также блоков и узлов во времени. Технический результат: обеспечение оперативной регистрации неисправных ультразвуковых преобразователей с целью сокращения времени на выявление и отключение неисправных преобразователей. 2 ил.

Датчик исправности ультразвуковых преобразователей, входы и выходы которых соединены с усилителями и генераторами зондирующих импульсов, подключенными к вычислительному комплексу установки ультразвукового контроля, отличающийся тем, что вход и выход одного из ультразвуковых преобразователей, размещенных в одном корпусе с обеспечением электромагнитной связи между электрическими цепями преобразователей, соединен также с сигнальным входом узла измерителя параметров зондирующих импульсов, с входом выпрямителя и выходом формирователя импульсов, выход выпрямителя через стабилизатор напряжения подключен к входам питания формирователя импульсов и узла измерителя параметров зондирующих импульсов, причем последний содержит пиковый детектор, компаратор, тактовый генератор, аналого-цифровой преобразователь, счетчик и микропроцессор, при этом сигнальный вход узла измерителя параметров зондирующих импульсов является входом пикового детектора и компаратора, выход пикового детектора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход компаратора подключен к входу счетчика, при этом выходы аналого-цифрового преобразователя и счетчика подключены к соответствующим входам микропроцессора, кроме того, выход тактового генератора подключен к другим входам аналого-цифрового преобразователя, счетчика и микропроцессора, а выход микропроцессора, являющийся выходом узла измерителя параметров зондирующих импульсов, подключен к управляющему входу формирователя импульсов, также датчик содержит формирователь синхроимпульсов, обеспечивающий синхронизацию работы всех ультразвуковых преобразователей, а также блоков и узлов во времени.