Ультразвуковой дефектоскоп Советский патент 1985 года по МПК G01N29/04 

05

сд

со

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОП, родержащий последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, ультразвуковой преобразователь, усилитель и осциллограф, последовательно соединенные синхронизатор и генератор развертки, выход которого подключен к второму входу осциллографа, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, он снабжен последовательно соединенными ждущим мультивибратором, вход которого соединен с вторым выходом синхронизатора, и блоком дифференцирования, выход которого соединен с входом генератора зондирующих импульсов, регулятором напряжения, вход которого соединен с выходом генератора развертки, а выход - с ультразвуковым преобразователем, и регулятором длительности, выход которого соединен с управляющим входом ждущего мультивибратора. ®

фиг.

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий с помощью ультразвуковой дефектоскопии и может найти применение в различных отраслях машиностроения, в частности в атомном машиностроении и котлостроении при контроле сварных швов и толстостенных изделий, например корпусов реакторов, котельных барабанов, трубных блоков и других ответственных изделий атомных и тепловых электростанций.

Известен ультразвуковой дефектоскоп, содержащий синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, преобразователь, усилитель, индикатор, генератор пилообразного напряжения и формирователь длительности импульсов. В этом устройстве регулировка разрешающей способности зондирующих импульсов и,величины эхо-сигналов от дефектов осуществляется передним фронтом дополнительного пилообразного напряжения, подаваемого на пьезопреобразователь и имеющего положительное значение 1.

Однако время длительности свободных колебаний пьезопластины по мере нарастания напряжения «пилы возрастает, что соответственно увеличивает «мертвую зону. Кроме того, в устройстве существует время неконтроля, т. е. время располяризации пьезоэлемента отрицательной частью заднего фронта пилообразного импульса.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ультразвуковой дефектоскоп, содержащий последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, ультразвуковой преобразователь, усилитель и осциллограф, последовательно соединенные синхронизатор и генератор развертки, выход которого подключен к второму входу осциллографа Этот прибор реализует способ ультразвукового контроля изделий эхо-импульсным методом, где в качестве ультразвукового преобразователя использован пьезоэлемент из параэлектрика. Применение последнего исключает время располяризации пьезопреобразователя, а следовательно, и время иеконтроля 2.

Недостатком известных ультразвуковых дефектоскопов является низкая разрешающая способность устройства из-за отсутствия специальных блоков, позволяющих компенсировать свободные колебания пьезопреобразователя после его возбуждения генератором зондирующих импульсов.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности.,

Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой дефектоскоп, содержащий последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, ультразвуковой преобразователь, усилитель и осциллограф, последовательно соединенные синхронизатор и генератор развертки, выход которого подключен к второму входу осциллографа, снабжен последовательно соединенными ждущим мультивибратором, вход которого соединен с вторым выходом синхронизатора, и блоком дифференцирования, выход которого

соединен с входом генератора зондирующих импульсов, регулятором напряжения, вход которого соединен с выходом генератора развертки, а вь1ход - с, ультразвуковым преобразователем, и регулятором длительности, выход которого соединен с управляющим

входом ждущего мультивибратора.

На фиг. 1 представлена структурная схема ультразвукового дефектоскопа; на фиг. 2 - эпюры напряжений.

Ультразвуковой дефектоскоп состоит из

последовательно соединенных генератора I зондирующих импульсов, ультразвукового преобразователя 2 из параэлектрика, усилителя 3 эхо-сигналов от дефектов и осциллографа 4, последовательно соединенные синхронизатора 5 и генератора 6 развертки,

подключенного к второму входу осциллографа 4, последовательно соединенных ждущего мультивибратора 7, вход которого соединен с вторым выходом синхронизатора 5, и блока 8 дифференцирования, выход которого соединен с входом генератора 1 зондирующих импульсов, регулятора 9 напряжения, вход которого соединен с выходом генератора 6 развертки, а выход - с ультразвуковым преобразователем 2, и регулятором 10 длительности, выход которого соединен с управляющим входом ждущего мультивибратора 7.

Блок 8 дифференцирования выполнен в виде обычной RC-цепочки с детектором отрицательных импульсов.

Ультразвуковой дефектоскоп работает

следующим образом.

Синхронизатор 5 вырабатывает импульсы с периодом Т (фиг. 2а) для запуска одновременно ждущего мультивибратора 7 и генератора 6 развертки, который вырабатывает пилообразное напряжение (фиг. 26). Длительность переднего фронта этого напряжения выбирается пропорционально зоне контроля, например толщине контролируемого изделия. С выхода генератора 6 развертки эти импульсы поступают на горизонтальноотклоняющие пластины осциллографа 4, через регулятор 9 напряжения - на поляризацию пьезопреобразователя 2 из параэлектрика. Последняя постепенно возрастает в материале пьезопреобразователя 2 по мере

увеличения амплитуды переднего фронта импульса пилообразного напряжения (фиг. 26). Пьезоэлемент в исходном состоянии имеет низкую точку Кюри - 15-25°С. Появляющаяся в этом случае индуцированная поляризация достигает максимума в точке появления заднего фронта пилообразного напряжения, абсолютная величина которого регулируется с помощью регулятора 9 напряжения и устанавливается пропорционально

толщине контролируемого изделия и марки материала преобразователя 2.

Ждущий мультивибратор 7 по синхроимпульсам (фиг. 2а) вырабатывает П-образные импульсы (фиг. 2в) длительностьюС, которая регулируется регулятором 10 длительности. Следовательно задний фронт этого импульса может занимать различные положения на временной линии развертки осциллографа 4 (на переднем фронте пилообразного напряжения). По заднему фронту П-образного импульса в блоке 8 дифференцирования формируются узкие импульсы (фиг. 2г) для запуска генератора 1 зондирующих импульсов, который возбуждает свободные колебания в ультразвуковом преобразователе 2. Таким образом, с помощью регулятора 10 длительности устанавливается время возбуждения акустических импульсов (фиг. 2() относительно начала заднего фронта пилообразного напряжения.

Задержка импульсов (фиг. 2а) синхронизатора 5 на время f относительно начала периода Т следования пилообразных импульсов генератора 6 развертки необходима для регулировки длительности акустических зондирующих импульсов (фиг. 2е). Это осуществляется следующим образом. Задержанный на время f импульс (фиг. 2г) возбуждает генератором 1 .зондирующих импульсов преобразователь 2. Момент возбуждения устанавливается с учетом вторичного возбуждения крутым спадающим задним фронтом пилообразного напряжения так, чтобы за время Т- укладывалось, например, полное колебание пьезоэлемента от первичного возбуждения. В результате происходит компенсация свободных колебаний зондирующего акустического импульса и, следовательно, образуется короткий импульс на переднем фронте «пилы (фиг. 2ж).

Кроме того, «мертвая зона контроля имеет минимальную длительность за счет использования пьезоэлемента с низкой точкой Кюри (параэлектрик), у которого при снятии поляризующего напряжения поляризация падает до нуля, при этом вход усилителя не нагружается электрическими колебаниями свободно колеблющейся поляризован--ной пьезопластины.

Следующий импульс синхронизатора 5 запускает очередной пилообразный импульс

генератора 6 развертки, который начинает поляризовать преобразователь в режиме приема эхо-импульсов от дефектов (малые амплитуды на переднем фронте пилообразного напряжения, фиг. 2ж).

Во время действия нарастающего переднего фронта у преобразователя изменяется чувствительность (коэффициент электромеханического преобразования) в режиме приема, что обеспечивает равновероятное 0 обнаружение дефектов, залегающих на разной глубине.

Таким образом, в режиме излучения преобразователь 2 возбуждается двумя импульсами: импульсом (фиг. 2г) и передним фронтом пилообразного импульса (фиг. 26), в

5 результате колебания пьезоэлемента принимают вид, изображенный на фиг. 2д, который при располяризации пьезоэлемента, за

время, равное (2п + 1) -|- Т -С, где -А -

0 длина волны ультразвука; с - скорость распространения ультразвука; п О, 1, 2,..., под действием заднего фронта пилообразного напряжения преобразуется в виде (фиг. 2ж), так что излучаемые результирующие колебания имеют форму (фиг. 2е).

Так как импульсы возбуждения (фиг. 2г) и задний фронт пилообразного напряжения сдвинуты относительно друг друга на 180°, то в результате их суперпозиции получается короткий импульс (фиг. 2ё). Режим излучения параэлектрика происходит в тот момент, когда напряженность управляющего электрического поля максимальна, а режим приема корректируется нарастающей напряженностью поля переднего фронта пилообразного напряжения с целью выравнивания чувствительности пьезоэлемента во времени. Величина пилообразного напряжения, подаваемого на преобразователь 2, устанавливается регулятором 9 напряжения. Развертка осциллографа 4 осуществляется пилообразным напряжением с

0 генератора 6 развертки.

Таким образом, использование заднего фронта малой длительности управляющего, пилообразного напряжения на пьезопреобразователе 2 из параэлектрика повыщает раз5 решающую способность ультразвукового дефектоскопа и одновременно корректирует амплитуду эхо-сигнала.

а

X

i:

в

I

А/