Ультразвуковое устройство для контроля качества материалов Советский патент 1987 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к нераэруша- ющим испытаниям материалов ультразвуковым методом и может быть использовано для контроля качества и дефектоскопии материалов,

Целью изобретения является повышение производительности контроля.

На фиг.1 представлена блок-схема ультразвукового устройства для контроля качества материалов; на фиг,2 - временные эпюры, поясняющие работу устройства.

Ультразвуковое устройство для контроля качества материалов содержит генератор 1 возбуждающих импульсов с подключенным к нему излучающим преоб разователем 2, последовательно соединенные приемный преобразователь 3, усилитель 4, времяизмерительный блок 5 и индикатор 6, синхронизатор 7 че рез блок 8 задержки подключенный к второму входу времяизмерительного

блока 5, Второй выход времяизмерительного блока 5 подключен к первому счетчику 9, выходы которого связаны с соответствующими входами элемента ИЛИ 10 и элемента ИЛИ-НЕ И. Элемент ИЛИ 10 связан с последовательно соединенным элементом И 12, триггером 13 и вторым счетчиком 14, выходы которого подключены к соответствующим входам элемента И-НЕ 11, Элемент ИЛИ 10 связан также с последовательно соедлненнььми инвертором 15, вторым элементом И 16, триггером 17, подключенным к входу генератора 1 возбуждающих импульсов.

Вторые входы элементов И 12 и 16 подключены к тактовому генератору 18, синхронизатор 7 связан с вторыми входами первого 9 и второго 14 счетчиков и. третьим входом элемента И 16., Элемент И-НЕ 11 через третий вход пер вого элемента И связан с вторым входом триггера 17.

.Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии (момент вре- мени t g включения питания устройства) первый 9 и второй 14 счетчики, а также оба триггера 13 и 17 имеют на своих выходах напряжения логического О, Сигналы со счетчиков 9 и 14 по- ступают на элемент И-НЕ 11. Соответственно в момент времени t, на выходах элемента И-НЕ 11 и элемента ИЛИ 10 устанавливаются напряжения логического О, а на выходе инвертора 15 - напряжение 23 логической 1

В момент времени t, на выходе тактового генератора 18 появляется импульс 19 (фиг.2), На выходы элементов И 12 и 16 он пройти не может, так как на двух входах (первом и третьем) первого элемента И 12 и на третьем входе второго элемента И 16 напряжени логического О.

В момент времени t импульс 20 синхронизации (с выхода синхронизатора 7) поступает на третий вход второй схемы И. При этом на всех трех входах этой схемы напряжение логической 1. В результате импульс 21. тактового генератора 18 проходит на выход второго элемента И, т.е. на входе триггера 17 появляется импульс 22, который переключает триггер 17 и на его выходе будет напряжение логической , которое поступает на первый вход генератора 1 возбуждающих импульсов „

Одновременно по заднему фронту импульса 20 синхронизации сменяется состояние первого счетчика 9 на единицу. В результате на излучающий преобразователь 2 подается напряжение 23.

На его выходах будет, например, кодовая комбинация 1000, а на выходе элемента ИЛИ 10 появляется напряжение логической 1, которое поступает на. первый вход первого элемента И 12, а также на вход инвертора 15. С вьпгода инвертора 15 на первый вход второго элемента И поступает, соответственно, напряжение логического О (которое сохраняется в течение всех последующих кодовых комбинаций на выходе первого счетчика 9).

Таким образом, на выход второго элемента И 16 проходит всего только один импульс 22 генератора 18, когда оба счетчика находятся в нулевом (код 0000) состоянии.

После смены состояния первого счетчика 9 на первых четырех входах элемента И-НЕ 11 будет кодовая комбинация 1000, а на четырех вторых входах этой схемы - кодовая комбинация 0000. Таким образом, на выходе элемента И-НЕ 11 будет напряжение 24 логической 1, которое поступит на третий вход первого элемента И 12. В результате следующий импульс 25 тактового генератора 18 пройдет через

312

первый элемент И 12 и поступит одновременно на вход триггера 13 и второй вход триггера 17. При этом триггеры 13 и 17 переключатся так, что на выходе первого из них будет напряжение 26 логической 1, а на выходе второго - логического О. В результате напряжение 27 источника питания тупит на преобразователь 2,

Следующий импульс 28 тактового ге- нератора 18 пройдет через первый элемент И 12 и переключит триггер 13 в исходное состояние, т.е. на его выходе будет напряжение логического О. Б результате закончится формирование двухступенчатого импульса. При подаче первой ступени 23 этого импульса (напряжением и,) на пьезоэлектрический преобразователь 2 последний излучает в контролируемый материал экспоненци- ально затухающие синусоидальные колебания 29. Через время, равное Т/2 (где Т - период колебаний преобразователя) , на преобразователь 2 подается вторая ступень 27 (напряжением и ) двухступенчатого импульса с выхода генератора 1 возбуждающих импульсов. При этом пьезоэлектрический преобразователь 2 излучает в контролируемый материал синусоидальные ко- лебания 30, аналогичные колебаниям 29, но сдвинутые относительно их на половину периода (Т/2). За счет сдвига фаз при сложении сигналов на приемном преобразователе 3 выделится только первая полуволна 21 излученных колебаний.

Таким образом, благодаря возбуждению преобразователя 2 двухступенча- тым электрическим импульсом в контролируемый материал излучается короткий акустический импульс 31, что и обеспечивает минимальную мертвую зону контроля.

В то же время база контроля коротким .излучаемым импульсом (из-за малой его мощности) незначительна. Если на этой базе имеется дефект, то сигнал, отразившись от него, поступит на приемный преобразователь 3, усилится усилителем 4, после чего поступит на вход времяизмерительного блока 5. В результате вреняизмерительный блок 5 прекратит отсчет времени, начатый по команде импульса 20 синхронизации, прошедшего предварительно через блок 8 задержки (блок 8 задержки компенсирует задержку сигнала, вносимую элек5

52

5

5

0

0 5

364

тронно-акустическим трактом непосредственно прибора).

Таким образом, индикатор 6 зафиксирует время t прохождения сигнала от излучающего преобразователя 2 до дефекта и от дефекта к приемному преобразователю 3. Время t и является информативным параметром контроля. Через некоторое время, необходимое для считывания показаний индикатора 6 с времяизмерительного блока 5, подается импульс на первый счетчик 9, который устанавливается в исходное нулевое., состояние, и весь процесс поиска дефекта повторяется. I

Известно, что для достижения максимальной мощности излучения на пье- зопреобразователь необходимо подать радиоимпульс длительностью Q периодов Т его рабочей частоты fд, где Q - добротность преобразователя. Максимальная добротность реально используемых в практике контроля преобразователей обычно не превьш1ает пятнадцати. Возбуждение преобразователей не синусоидальными, а прямоугольными импульсами длительностью Т/2 технически реализуется проще, а проигрыш по излучаемой мощности (по сравнению с синусоидальным сигналом) не превышает нескольких процентов.

Если на базе, которая может быть проконтролирована коротким импульсом, дефекты отсутствуют, то в материал будет излучен сигнал большей мощности, состоящий из двух, следующих с периодом Т, импульсов. Если и при излучении двух импульсов дефект не будет обнаружен, произойдет излучение трех импульсов и т.д. до пятнадцати.

Процесс формирования возбуждающего сигнала, состоящего из двух, трех и т.д., до пятнадцати импульсов, происходит следующим образом. Одновременно с окончанием формирования генератором 1 возбуждающего двухступенчатого импульса, по спаду напряжения 26 на выходе триггера 13 второй счетчик 14 сменит свое состояние на единицу. В результате на выходах первого и второго счетчиков 9 и 14 будет одинаковая кодовая комбинация 1000, при этом напряжение логического О с элемента 10 поступит на третий вход первого элемента И 12 и дальнейшее прохождение импульсов тактового генератора 18 на выход первого элемента

И 12 прекратится до прихода следующего импульса 32 синхронизации.

Импульс 32 синхронизации изменит состояние первого счетчика 9 на единицу В результате на его выходе будет кодовая комбинация 0000. Этот же импудьс осуществит сброс второго счетчика 1А в исходное состояние, которому соответствует кодовая комбинация 0000, Так какг кодовые комбинации на п-ервых четырех и вторых четырех входах элемента И-НЕ 11 разные, TU на его выходе имеем напряжение 33 логической 1, Это напряжение поступает на третий вход первого элемента схемы И 12, импульс 34 генератора 18 ПРОХОДИ.Т через первый элемент И 12 и переключает триггер 13. В результате на его выходе будет напряжение 35 логической 1, которое поступает на вход генератора 1 возбуждающих импульсов. При этом напряжение 36 (U) источника питания поступает на нагрузку.

С приходом следующего импульса 37 генератора 18 синхронный триггер 13 возвращается в исходное состояние. Одновременно спадом импульса 35 С выхода триггера 13 второй счетчик 14 1зменяет свое состояние на единицу и на его выходе будет кодовая комбинация 1000. Импульсы 38 и 39 генератора 18, пройдя через первый элемент И 12, снова сформируют на выхдде триггера 13 импульс АО и соответственно импульс 41 на сопротивлении генератора 1 возбуждающих импульсов.

пульса 43-45 (поступающих с периодом Т на излучающий пьезопреобразователь 2), затем четыре и т.д. до пятнадцати.

5 При этом глубина (база) контроля все время последовательно увеличивается, благодаря увеличению мощности излучения. Если в материале в пределах контролируемой глубины находится

О дефект, то отраженный от него сигнал остановит счет времяизмерительного блока 5 и вернет устройство в исходное состояние,,

Таким образом, предлагаемое уст 5 ройство автоматически обеспечивает максимальную дальность и минимальную мертвую зону контроля, что, в свою очередь, обеспечивает повышение производительности и уменьшает по срав20 нению с известным устройством вероятность пропуска дефектов, лежащих в непосредственной близости от преобразователя или на большом расстоянии

от него. 25

При контроле .крупноструктурных материалов с большими базами и высоким затуханием ультразвуковых колебаний (например, блоков облицовочно- 30 го камня) применение предлагаемого устройства позволяет перейти от теневого (используемого в настоящее время) метода контроля к эхо-методу.

35 Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для контроля качества материалов, содержащее генератор возбуждающих импульсов, буждающих импульсов будут сформирова- 40 подключенный к излучающему преобразоТаким образом, генератором 1 возны два импульса 36 и 41, поступающие с периодом Т на излучающий преобразователь 2.

Спадом импульса 40 с выхода триггера 13 второй счетчик 14 изменит 45 свое состояние на единицу и на его выходе будет кодовая комбинация 0100, такая же, как и у первого счетчика 9. Поэтому с выхода элемента И-НЕ 11 на третий вход элемента И 12 поступает 50 напряжение логического О и дальнейшее прохождение импульсов генератора 18 на выход элемента И 12 прекратится до следукщего импульса 42 синхронизации.55

С приходом импульса 42 синхронизации весь процесс повторяется и на выходе генератора 1 возбуждающих импульсов будет сформировано три имвателю, последовательно соединенные приемный преобразователь, усилитель, времяизмерительный блок и индикатор, синхронизатор, соединенный через блок задержки с вторым входом времяизмерительного блока и тактовый генератор, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено последовательно соединенными п€;рвым счетчиком, элементом ИЛИ, инвертором, первым элементом И и первым триггером, выход которого подключен к первому входу генератора возбуждающих импульсов, последовательно соединенными вторым счетчиком, элементом И-НЕ, вторые входы которого связаны с выходами первого счетчика, вторым элементом И, второй вход которого подключен к выпульса 43-45 (поступающих с периодом Т на излучающий пьезопреобразователь 2), затем четыре и т.д. до пятнадцати.

При этом глубина (база) контроля все время последовательно увеличивается, благодаря увеличению мощности излучения. Если в материале в пределах контролируемой глубины находится

дефект, то отраженный от него сигнал остановит счет времяизмерительного блока 5 и вернет устройство в исходное состояние,,

Таким образом, предлагаемое устройство автоматически обеспечивает максимальную дальность и минимальную мертвую зону контроля, что, в свою очередь, обеспечивает повышение производительности и уменьшает по сравнению с известным устройством вероятность пропуска дефектов, лежащих в непосредственной близости от преобразователя или на большом расстоянии

от него.

При контроле .крупноструктурных материалов с большими базами и высоким затуханием ультразвуковых колебаний (например, блоков облицовочно- го камня) применение предлагаемого устройства позволяет перейти от теневого (используемого в настоящее время) метода контроля к эхо-методу.

Формула изобретения

вателю, последовательно соединенные приемный преобразователь, усилитель, времяизмерительный блок и индикатор, синхронизатор, соединенный через блок задержки с вторым входом времяизмерительного блока и тактовый генератор, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено последовательно соединенными п€;рвым счетчиком, элементом ИЛИ, инвертором, первым элементом И и первым триггером, выход которого подключен к первому входу генератора возбуждающих импульсов, последовательно соединенными вторым счетчиком, элементом И-НЕ, вторые входы которого связаны с выходами первого счетчика, вторым элементом И, второй вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, и вторым триггером, выход которого связан с вторым входом генератора возбуждающих импульсов и со счетным входом второго счетчика, выход второго элемента И соединен с вторым входом первого

h

Редактор А.Шандор

Составитель Л.Кондрыкинская

Техред В.Кадар Корректор А.Зимокосов

Заказ 609/47Тираж 777 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1295236

триггера, выход синхронизатора подключен к второму входу первого элемента И, к счетному входу первого счетчика и входу Сброс второго счетчика, а тактовый генератор связан с третьими входами элементов И.

fPu2.2

Изобретение касается нераэру- шакщих испытаний материалов и может быть использовано для ультразвукового контроля качества материалов. Цель изобретения - повышение производительности контроля путем обеспечения максимальной дальности и йинимальной мертвой зоны контроля за счет автоматического изменения формы и дли- . тельности зондирукщего сигнала в зависимости от глубины дефекта. Схема из последовательно соединенных первого счетчика 9, элемента 10 ИЖ, инвертора 15, элемента 16 И, триггера 17 и генератора 1 возбуждающих импульсов, подключенного к преобразователю 2, а также последовательно соединенных второго счетчика 14, элемента 11 И-НЕ, вторые входы которого подключены к выходам первого счетчика 9, элемента 12 И и триггера 13, выход которого связан с вторым входом генератора 1 возбуждающих импульсов, и цепи из последовательно соединенных акустического приемника 3, усилителя 4, времяизмерительного блока 5, второй вход которого подключен через блок 8 задержки к синхронизатору 7, счетчикам 9 и 14 и второму входу элемента 16 И, « тактового генератора, связанного с входами элементов 12 и 16 И, осуществляет формирование возбуждающего поочередного напряжения в виде нарастающей последовательности импульсов, начиная с одного, до обнаружения дефекта. 2 ил. (С (Л ю UD сл tsD СО а