Способ и устройство для уменьшения мертвой зоны ультразвукового эхо дефектоскопа Советский патент 1960 года по МПК G01N29/10 

Разрешающая способность ультразвуковых эхо-дефектоскопов определяется длительностью возбуждающего импульса, длительностью переходных процессов и скоростью распространения унрутих колебаний в 1материале изделия.

Мерой разрешающей снособности является минимальное расстояние от наружной поверхности иснытываемого изделия до места расположения дефекта, в котором возможен прием отраженных от дефектного места сигналов.

Разреп1ающая снособность дефектоскона онределяет велнчнну «мертвой зоны, в пределах которой обнаружение дефектов невозможно. Эта мертвая зона обуславливается отрезком времени, необходимым для нрохождення отраженной от дефекта волны до ньезоэлемента.

Если этот отрезок времени больше, чем суммарная длительность возбуждающего имнульса и нереходных процессов, то он может быть нринят; в том же случае, когда имнульс достигнет приемника раньше, чем полностью прекратится возбуждающий импул1зС, его прием и обнаружение дефекта невозможны.

Таким образом, сокращение мертвой зоны ультразвукового дефектоскона возможно путем уменьшения длительности возбуждаюнлого нмпульса н нереходных процессов.

Особенность предложенного способа уменьшения мертвой зоны в ультразвуковых эхо-дефектосконах заключается в том, что для нропзвольного уменьшения длительности возбуждающего нмпульса н нрекра№ 125935- 2 - цения возбужденных им колебаний через заданный промежуток времени, на льезоэлемент, со сдвигом но времени, нодают донолнительный имиульс, аналогичный ио частоте н форме возбуждающему имиульсу и направленный навстречу последнему.

На фиг. 1 изображены формы имиульсов, возбуждаемых в нроверяемом нзделии; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема генератора для возбуждения импульсов; на фиг. 3, 4 и 5 - различные формы выполнения устройств.

Возбуждающий импульс а от геиератора высокой частоты приводит пьезоэлемент в колебательное движение, форма которого изображена кривой б. Если в определенный момент времени / подать на ньезоэлемент комненсирующий импульс в соответствующей амплитуды и формы, воздсйствуюпцп па пьезоэлемеит в иротивофазе к совершаемым им колебаниям, то в результате колебания пьезоэлемепта будут соответствовать кривой г, ибо начиная с момента времени i, оба колебания взаимно уничтожагся. Изменяя имплитуду и момент подачи компенсирующего импульса на колеблющийся пьезоэлемент, можно в щироких пределах регулировать длнтельиость излучаемого импульса упругих колебаний.

Электрическая компенсация колебаний иьезоэлемента может быть осуществлена по схеме, иоказанпой па фиг. 2, где: 7 - геператор импульсов, 2-хронизатор, 5 - блок задержки импульсов и 4 - блок гп1тания всей схемы.

Генератор / посылает импульс колебаний на управляющую сетку лампы 5. Одновременно на третью сетку этой лампы поступает П-образный нмпульс, открывающий лампу иа заданное время. Нагрузкой лампы является колебательный контур 6, 7. параллельно которому подключен ньезоэлемергг 8. Усилепиый лампой 5 импульс генератора возбуждает пьезоэлемепт, но в заданный момент времени срабатывает тиратрон 9 и возбуждает и контуре 6, 7 комиенсируюн1ий нмпульс, форма и амплитуда которого регулируются сопротивлениями 0 и //. Время срабатываиия тиратрона и, следовательно, момент подачи компенсируюидего нмпульса изменяются с помощью блока 3 регулируемой задержки.

Возможно также осуществлять уменьщение мертвой зоны на основе акустической компенсации колебаний гп; езоэлемента в режиме нриема при возбуждении его хо-сигиалом от передней rpain-i конт)олируемого изделия.

Нри этом колебания иьезоэлемента 8 (фиг. 3). номещениого в воде и возбуждаемого высокочастотным импульсом, могут электрически компенсироваться описаниым выще снособом. Короткие импульсы упругих колебаний излучаются в обе стороиы. Зондирующий имнульс раснространяется по наиравлеиню к контролируемому изделию И, отражается от передней eio грани и в виде эхо-сигнала возврандается к гп езозлементу, заставляя последний колебаться. В качестве компеисирующего импульса используется нмпульс, излучаемый обратной стороиой гп езоэлемента 8 и распространяющийся в противоположном направлении, где он встречает отражатель О, расположенный в воде на таком же расстоянии от пьезоэлемента, что и контролируемое изделие. Отражатель О может быть выиолнен, наиример, в виде иластииы полуволповой толщины из материала, подходящего по акустическим характеристикам. Другая сторона отражателя граничит с воздухом В. Нри этом условии отражение импульса упругих колебаний от поверхности отражателя произойдет так же, как 01 границы раздела вода - воздух, т. е. с потерей полуволны.

Отраженный компенсирующий нмпульс попадет на пьезоэлемепт «дновремеппо с эхо-сигналом от передней грани изделия, но в противофазе по отиощению i иему.

Если при этом амплитуды обоих импульсов будут равпы (что пструд110 осуществит)), то они взаимно компеисиру отся и колебания пьезоэлемснта не возникнут. В то же время от любого, скол1 угодно близко расиоложеппого к передней грани изделия дефекта Д, будет отражаться эхо-сигнал, который возбудит колебания пьезоэлемента и будет четко виден па экране прибораАкустическая компенсация колебаний ги езоэлемента может быть осуигествлена и без отражателя, если примепить дифференциальную схему. Два одинаковых пьезоэлемента S; и Sz (фпг. 4) возбуждаются одновременно импульсами одппаковой амплитуды п формы. Будучи ориентированы CBoeii полярпостыо навстречу один другому, пьезоэле.мспты посылают в сторопу контролируемого изделия два импульса упругих колебаний, сдвинутые но фазе на 180. Эти импульсы одновременно отражаются от передней грани изделия И и, будхчи приняты пьезоэлементами. складываютея в виде эле1 трпческих п.мпульсов равной амплитуды, но протнвоположной полярности, давая в сумме нуль.

Таким образом, на входе приемно-усилительного тракта не будет никакого импульса до тех пор, пока не- нарушится ба,папс. Нарушение баланса нроизойдет, когда один из ПМНУЛЬСОВ войдет в изделие в тако.м месте, где под поверхностью расположеп какой-либо дефект. Отражен1 е от дефекта, сколь угодно близко лежащего под передней пзделия. попадет в виде эхо-еигнала на соответствующий элемент, а затем - на вход присмногО устройства.

Можно осуи1ествить аналогичную схему и с одним пьезоэлементом.

Для этого два импульса, излучаемые пьезоэлементом 8 в разные стороны (фиг. 5j, отклоняются двумя отражателями О и направляются па поверхность изделия Я. Один из отражателей выполнен таким образом, что при однократном отражении от иего происходит сдвиг колебания по фазе на 90. Тогда колебания, отраженные от передней грани пзде..М1я, придут на пьезоэлемент в противофазе и взапмпо екомпенсируются, эхосигнал же от дефекта даст импульс на входе прпемно-уеи,лительного тракта.

Можно ирсдставить себе и другие приемы осуществления предложенного способа частичной электрической и акустичеекой комненсанпп колебаний гп езоэлемента.

Пред м с т п 3 о б р е т е н и я

1. Способ повышения разрешаюнкй епособности ультразвуковой ан аратуры. осиоваиной па принципе исиользования эхо-метода, иапример, для умен щепия мертвой зоны ультразвукового эхо-дефектоскопа, о т.т и ч а ю П1 и с я те.м, что, с целью пропзвольного уменьшения длительИОСТ1 возбуждающего и.М ульса и прекращенпя возбужденных им колебаиий, через заданный 1ромежуток времени, на пьезоэлемепт, со сдв гом 10 времени, подают дополнитель з Й компенеирующий импульс, аналогичный по частоте и форме возбуждаюи1ему и.мпульсу и 1аправлеппы 1 австречу оследнем .

2- Способ i. 1, отличающийся тем. что. с целью создания акустичеекого ком 1енсирующего импульса и устранения эхо-сигналов, отраже ныл от передней грани контролируемого изделия, на пьезоэлемепт, работающпй в режиме приема, одновременно с импульсом упругих колебаний, отраженных от передней грани изделия, подают в противофазе аналогичный пмпул е, полученный, например, путем отражен 1я основAfb i 25935 4 -

Hbix колебаний пьезоэлемента от специального отражателя, либо путем формирования его при помощи отдельного пьезоэлемента.

3.Устройство для осуществления способа по пп. 1 и 2, от л и ч а ющееся применением установленного в искательной головке отражателя колебаний, например, выполненного в виде пластины полуволновой толщины, расположенного относительно пьезоэлемента со стороны, противоположной контролируемому изделию на расстоянии, равном расстоянию последнего от пьезоэлемента, и снабженного регулировочным приспособлением для возможности изменения фазы отраженных колебаний на 80° относительно непосредственно отраженных от поверхности изделия колебаний, в целях акустической компенсации последних.

4.Устройство для осуществления способа по пп. 1 и 2, от л и ч а ющ е е с я применением пьезоэлемента, плоскость которого расположена перпендикулярно к поверхности контролируемого изделия, и двух отражателей, расположенных симметрично но обе стороны пьезоэлемента иод одинаковыми угла.ми и предназначенных для направления колебаний пьезоэлемента на два смежных участка новерхности изделия таким образом, чтобы отраженные от изделия колебания попадали обратно на ньезоэлемент в нротивофазе, взаимно компенсируясь.

5.Устройство для осуществлеиия способа по пП. 1 и 2, отл ич а ющееся применением дифференциально соединенных пьезоэлемеитов, расположенных в одной плоскости, параллельной поверхности контролируемого изделия, но ориентированных по их полярности в противоположные стороиы и предназначенных для излучения колебаний, сдвинутых между собой на 180° но фазе, на два смежных участка новерхности изделия таким образом, чтобы отраженные от этих участков обратно на пьезоэлементы колебания взаимно компенсировались, не вызывая отклонения индикатора.

Риг 3

Фиг