Ультразвуковое устройство для исследования образцов материалов Советский патент 1986 года по МПК G01N29/00 

1

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля и может быть использовано для измерения изменения поглощения и скорости ультразвука в образцах материалов.

Цель изобретения - повьшение быстродействия и точности измерений за счет независимой балансировки устройства по фазе и амплитуде.

На фиг.1 приведена блок-схема устр1ойства; на фиг.2 - эпюры сигналов, поясняющие работу устройства..

Ультразвуковое устройство для исследования образцов материалов содержит последовательно соединенные генератор синусоидального напряжения, первый фазовращатель 2j первый ключ 3, аттенюатор 4 и усилитель 5, последовательно соединенные второй ключ 6 и излучающий электроакустический преобразователь 7, приемный электроакустический преобразователь 8, подключенный к вх:оду усилтеля 5, последовательно соединенные первьй фазовый детектор 9 и первый реверсивньй двигатель 10, механически связанный с управляющим входом первого фазовращателя 2, последовательно соединенные второй фазовый детектор 11 и второй реверсивньш двигатель 12, механически связанньй с управляющим входом аттенюатора 4 второй фазовращатель 13, вход которого подключен к генератору 1 синусоидального напряжения, а выход - к входу второго ключа 6, подключенные к выходу усилителя 5, последовательно соединенные амплитудный детектор 14 и блок 15 автоматической регулировки усиления, выход которого соединен с управляющим входом усилителя, первую 16 и вторую 17 схемы выборки с запоминанием, выходы которых соединены с первыми входами первого 9 и второго 11 фазовых детекторов, а входы - с выходом амплитудного детектора 14, и синхронизатор 18, первьй, второй и тре тий выходы которого соединены с управляющими входами соответственно второго фазовращателя 13, первого 3 и второго 6 ключей, четвертый, пяты шестой и седьмой выходы соединены соответственно с вторыми входами первой 16 и второй 17 схем выборки с запоминанием и с вторыми входами первого 9 и второго 11 фазовых детекторов .

10

2134102

Устройство работает следующим образом.

Непрерьшные колебания с генератора синусоидального напряжения через 5 первый 2 и второй, 13 фазовращатели подаются на информационные входы первого 3 и второго 6 ключей соответственно. При подаче на управляющие входы этих ключей сигналов с выхода синхронизатора 18 на их выходах формируются соответственно когерентные зондирующие радиоимпульсы и радиоимпульсы сравнения длитель5о 5 5

0

5

0

5

ностью b(j и частотой высокочастотного заполнения, равной частоте генератора 1 синусоидального напряжения. Радиоимпульсы с выхода ключа 6 поступают на излучающий электроакустический преобразователь 7, излучающий акустическую волну в образец 19. Акустическая волна, прошедшая через образец, принимается приемнь1м электроакустическим преобразователем 8. Радиоимпульсы сравнения с выхода ключа 3 поступают на аттенюатор 4 для плавного изменения амплитуды сигнала сравнения. Ключи 3 и 6 включаются не после ка чдого из синхроимпульсов (фиг.2,а) , не- прерьшно следующих с периодом Т, а по программе, каждьй цикл которой длится 4Т. Ключ 6 включается на время С, одновременно с подачей первого, второго и четвертого вьще- ленных синхроимпульсов, а ключ 3 - после второго, третьего и четвертого выделенных синхроимпульсов с задержкой во времени на i ,0 равное времени прохождения ультразвуком исследуемого образца 19. Зависимость амплитуды радиоимпульсов с выхода ключей 6 и 3 от времени приведена на эпюрах о и В (фиг.2) соответственно. Разность фаз этих когерентных сигналов плавно изменяется на произвольную величину при помощи первого фазовращателя 2 и модулируется вторым фазовращателем 13 на малую величину закону меандра с периодом 4т (эпюра г) . Управление работой второго фазовращателя 1 3 производится управляющими сигналами с выхода синхронизатора 18.

В результате сигнал, поступающий на выход усилителя 5, представляет собой после синхроимпульса 20 только сигнал И , прошедший через исследуемый образец 19, после синхроимпульса 22 - только сигйал Uf, а после

синхроимпульсов 21 и 23 - геометрическую сумму обоих сигналов Uj. при разности фаз между ними (f - и .(f + k.(f соответственно. Этот сигнал в усилителе 5 усиливается до уровня удобного для последующей обработки, а сам уровень поддерживается при помощи блока 15 автоматической регулировки усиления. Благодаря этому скорость и точность балансировки ультразвукового устройства практически не зависят от поглощения ультразвука в исследуемом образце.

Радиоимпульсы с выхода усилителя 5 после Детектирования амплитудным детектором 14 с малой постоянной времени ( 0 J- u) превращаются . в видеоимпульсы с результирующим периодом 4т (эпюра о . Последние подаются на первые входы первой 16 и второй 17 схем выборки с запоминанием, при помощи которых производится выделение сигналов разбаланса ультразвукового устройства по фазе и амплитуде.

Сигнал разбаланса по амплитуде вырабатьюается на выходе второй схемы 17 выборки с запоминанием путе считьшания и последующего запоминания амплитуды видеоимпульсов, появляющихся на выходе амплитудного детектора 14, в интервале времени заА Гзал и после подачи выделенных синхроимпульсов 20 и 22. Информация о величине и знаке сигнала разбаланса по амплитуде содержится в огибающей сигнала на выходе второй схемы 17 выборки с запоминанием (эпюра е) , представляющей собо меандр с периодом 4Т.

.

.Сигнал разбаланса ультразвукового

устройства по фазе вырабатывается на выходе первой схемы 16 выборки с запоминанием путем считьшания и последующего запоминания амплитуды видеоимпульсов, появляю1дихся на выходе амплитудного дискриминатора 14 в интервале времени t зад после подачи выделенных синхроимпульсов 21 и 23. Информация о величине и знаке ра збаланса по фазе содержится в огибающей сигнала на выходе первой схемы 16 выборки с запоминанием (эпюра ) , представляющей собой меандр с периодом 4Т. При Д(| « i 1 сигнал разбаланса ультразвукового устройства по фазе пропорционален «с Uj- /Bi у и переходит через нуль с

изменением знака при ( п , t - ( 1,2,3.... Строб-импульсы, управляющие работой первой 16 и второй 17 схем выборки с запоминанием (эпюры

н иг), поступают на эти схемы с выходов синхронизатора 18. Дпитель- ность строб-импульсов Тр и их задержка во времени относительно синхроимпульсов -jdA.cT выбирают-

ся таким образом, чтобы исключить влияние переходных процессов на результат измерений.

Сигналы разбаланса по фазе и амплитуде с выхода первой 16 и второй

17 схем выборки с запоминанием поступают на первые входы первого 9 и второго 11 фазовых детекторов. Соответствующим образом сфазированные опорные сигналы с выходов синхронизатора 18 в виде меандра с периодом 4т поступают на вторые входы этих фазовых детекторов. В результате на их выходах вырабатьшаются сигналы разбаланса по фазе и амплитуде в

виде сигналов постоянного тока, которые управляют работой реверсивных двигателей 10 и 12. Последние и осу- ществляют балансировку ульразвуково- го устройства, изменяя при помощи

первого фазовращателя 2 и аттенюатора 4 амплитуду и фазу сигнала сравнения. Балансу соответствует равенство амплитуд и противофазность или синфазность сравниваемых сигналов.

Изменение за счет внешних воздействий коэффициента поглощения об и скорости S ультразвука в исследуемом образце длиной L определяется по изменению амплитуды и фазы сигнала сравнения по формулам

5 о cpa

,

S

epi

в которых UCPI и V амплитуда

и фаза сигнала сравнения до внешнего воздействия, а и (f)2 - после него, { - частота генератора 1 синусоидального напряжения.

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для исследования образцов материалов, содержащее последовательно соединенные генератор синусоидального напря-- жения, первый фазовращатель, первый ключ, аттенюатор и усилитель, после-довательно соединенные второй ключ и излучающий электроакустический преобразователь, приемный электроакустический преобразователь, под- ключенньШ к входу усилителя, последовательно соединенные первый фазовый детектор и первый реверсивный двигатель, механически связанный с управляющим входом первого фазовращателя, последовательно соединенные второй фазовый детектор и второй реверсивньй двигатель, механически связанный с управляющим входом аттенюатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точност и быстродействия, оно снабжено вторым фазовращателем, вход которого подключен к генератору синусоидального напряжения, а выход - к входу второго ключа, подключенным к выходу , усилителя , последовательно соединенными амплитудным детектором и I блоком автоматической регулировки усиления, выход которого соединен с управляющим входом усилителя, первой и второй схемами выборки с запоминанием, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго

фазовых детекторов, а входы - с выходом амплитудного детектора, и синхронизатором, первьш, второй и третий выходы которого соединены с управляющими входами соответственно

второго фазовращателя, первого и второго ключей, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы соединены . соответственно с вторыми входами первой и второй схем выборки с запоминанием и с вторыми входами

первого и второго фазовых детекторов,

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля и может быть использовано для измерения изменения поглощения и скорости ультразвука в образцах материалов. Цель изобретения - повьшеиие быстродействия и точности измерений за счет независимой балансировки устройства по фазе и амплитуде. При помощи генератора синусоидального напряжения и второго ключа по сигналам синхронизатора на излучающий электроакустический преобразователь пода ют зондирующие радиоимпульсы. Акустические импульсы проходят через исследуемый образец и принимаются приемным,электроакустическим преобразователем. Радиоимпульсы с выхода приемного электроакустического преобразователя сравниваются поочередно по амплитуде и фазе с радиоимпульсами сравнения, формируемыми в цепи первого фазовращателя, первого ключа и аттенюатора. Сигналы разбаланса поступают на первый и второй реверсивные двигатели, механически связанные соответственно с первым фазовращателем и аттенюатором. По величине фазы и амплитуды сигнала сравнения судят об изменении скорости и поглощения ультразвука. 2 ил. (Л 1C 00 4ib