Многоканальное цифровое устройство для акустико-эмиссионного контроля Советский патент 1988 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к неразру- шагощему контролю акустико-эмиссион- ным методом и может быть использовано для контроля развивающихся дефектов и определения их координат в материале конструкции.

Целью изобретения является повышение надежности контроля за счет расширения динамического диапазона ре- гистрации акустической эмиссии (АЭ) по амплитуде и активности, а также более точного определения местоположения источника АЭ.

На фиг.1 приведена структурная схема многоканального цифрового устройства для акустико-эмисоионного контроля; на фиг.2 - фрагмент сигнала АЭ; на фиг.3 - временные диаграммы работы первого дешифратора.

Многоканальное цифровое устройство содержит электронно-вычислительную машину (ЭВМ) 1, счетчик 2 времени, генератор 3 импульсов и не менее двух каналов 4 приема, каждьй из которых содержит соединенные последовательно преобразователь 5, усилитель 6 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, регистр 8 задержки, первую схему 9 сравнения, первый за- поминающий блок (ЗБ) 10, информацион иьй вход 11 которого соединен с выходом АЦП 7, с входом регистра 8 задержки и с входом Y схемы 9 сравнения, регистр 12 максимальных знача- кий, вторую схему 13 сравнения.Вход регистра 2 максимальньт значений, вход Y второй схемы 13 сравнения и вход X первой схемы 9 сравнения сое- динены с выходом регистра 8 задержки вход X второй схемы 13 сравнения соединен с выходом регистра 12 максимальных значений. Устройство также родержит блок 14 модификации кодов, выход которого соединен с входом 15 схемы синхронизации регис-вра 12 максимальных значений, регистр 16 хра- 1ения адреса, первый счетчик 17 адреса, информационный вход которого соединен с выходом регистра 16 хране ния адреса, выход первого счетчика

17адреса соединен с входом регистра 16 хранения адреса, выход первого ЗБ 10 соединен с информационным входом

18ЭВМ I. Кроме этого устройство со- держит распределитель 19 импульсов, вход которого соединен с выходом генератора 3 импульсов, а выход 20 распределите пя 19 импульсов соединен со

счетным входом счетчика 2 времени, первый мультиплексор 21, второй и третий счетчики 22, 23 адреса, треть схему 24 сравнения, первую схему ИЛИ 25, второй ЗБ 26, первую схему 27 синхронизации, причем выход вторюго счетчика 22 адреса соединен с входом 28 первого мультиплексора 21 и с входом X третьей схемы 24 сравнения, выход третьего счетчика 23 адреса соединен с входом 29 первого мультиплексора 21 и с входом Y третьей схемы 24 сравнения, выход первой схемы ИЛИ 25 соединен с входом записи ЗБ 26 и со счетным входом второго счетчика 22 адреса, выход первого мультиплексора 21 соединен с адресным входом второго ЗБ 26, выход которого соединен с информационным входом 30 ЭВМ I, выход 31 запроса на чтение ЭВМ 1 соединен с входом 32 первой схемы 27 синхронизации, выходы 33, 34 распределителя 19 импульсов соединены соответственно с входами 35, 36 первой схемы 27 синхронизации, выход 37 первой схемы 27 синхронизации соединен с входом разрешения чтения второго ЗБ 26, выход 38 схемы 27 синхронизации соединен с входом управления первого мультиплексора 21 и со счетным входом третьего счетчика 23 адреса, выход схемы 24 сравнения соединен с входом запроса на обслуживание ЭВМ 1. В каждый канал 4 приема введены счетчики 39 экстремальных значений, первый и второй дешифраторы 40, 41,счетчик 42 адреса, второй мультиплексор 43, вторая схема 44 синхронизации, регистр 45 меток времени. Выходы первой и второй схем 9, 13 сравнения соединены соответственно с входами 46, 47 дешифратора 40, выход 48 первого дешифратора 40 соединен с информационным входом второго ЗБ 26, с входом схемы ИЛИ 25 и с входом управления регистра 45 меток времени, выход 49 первого дешифратора 40 соединен с входом записи первого счетчика 17 адреса, выход 50 первого дешифратора 40 соединен со счетным входом счетчика 39 экстремальных значений, выход 51 первого дешифратора 40 соединен с входом 52 синхронизации и регистра 12 максимальных значений, с входом блока 14 модификации кодов и с входом установки счетчика 39 экстремальных значений, выход которого соединен с входом второго дешифратора 41, выход 53 второго дешифратора 41 соединен с входом синхронизации регистра 16 хранения адреса и с информационным входом первого ЗБ 10, выход 54 второго дешифратора 41 соединен с входом 55 первого дешифратора 40, выход 56 запроса на чтение ЭВМ 1 соединен с входом 57 второй схемы 44 синхрони- зации, выход 20 распределителя 19 импульсов соединен с входом разреше- ния записи первого ЗБ 10 и со счетным входом первого счетчика 17 адреса, выход 33 распределителя 19 им- пульсов соединен с входом 58 второй схемы 44 синхронизации и с входом синхронизации регистра 8 задержки, выход 34 распредепителя 19 импульсов соединен с входом 59 второй схемы 44 синхронизации и с вторым входом 60 АЦП 6, выход 61 А1Ш 7 соединен с входом синхронизации регистра 45 меток времени, выход которого соединен с информационным входом второго ЗБ 26, вход управления первого ЗБ 10 соединен с выходом 62 второй схемы 44 синхронизации, выход 63 второй схемы 44 синхронизации соединен с входом управления второго мультиплек- сора 43 и со счетным входом четикрто- го счетчика 42 адреса, выход которо-- го соединен с входом 64 второго мультиплексора 43, к входу 65 второго мультиплексора 43 подсоединен выход счетчика 17 адреса, выход второго мультиплексора 43 соединен с адресным входом первого ЗБ 10, вход регистра 45 меток времени соединен с выходом счетчика 2 времени.

Первый дешифратор 40 содержит первую, вторую и третью схемы И 66, 67,

68,вторую схему ИЛИ 69 и первый инвертор 70. Первый вход 46 второй схемы И 67 соединен с первым входом вто- рой схемы ЛЛИ 69, а также с входом первого инвертора 70 и с выходом первой схемы 9 сравнения. Второй вход

47 второй схемы И 67 соединен с выходом второй схемы 13 сравнения. Пер- вый вход первой схемы И 66 соединен с первым входом третьей схемы И 68 и первым входом 55 второй схемы ИЛИ

69, также с выходом 54 второго дешифратора 41. Выход 48 первой схемы И 66 соединен с входом управления регистра 45 меток времени. Выход первого инвертора 70 соединен с вторьм

входом третьей схем Ьг И 68. Выход 51 второй схемы И 67 соединен с вторым входом первой схемы И 66 и с входом 55 синхронизации регистра 12 максимальных значений. Выход 50 второй схемы {ШИ 69 соединен со счетным входом счетчика 39 экстремальных значений .

Первая схема 27 синхронизации содержит первый, второй и третий триггеры 71,72,73, четвертую схему И 74 и второй инвертор 75, вход 36 которого соединен с первым входом четвертой схемы И 74 и с вторым входом 60 АЦП 7, выход четвертой схемы И 74 соединен с входом R третьего триггера 73. Вход 32 первого триггера 71 м вход П третьего триггера 73 соединены с выходом 31 запроса на чтение ЭВМ 1 и с вторым входом четвертой схемы И 74. Вход S первого триггера 71 соединен с первым выходоь; второго триггера 72 и с входом С третьего триггера 73. Выход первого триг гера 71 соединен с входом D второго триггера 72, выход инвертора 74 соединен с входом R третьего триггера 73.Вход 35 С второго триггера 72 соединен с В1:1ходом 33 распределителя 19 импуль- сол Второй выход 38 второго триггера

79

чединен со счетным входом

тг;етьего счетчика 23 адреса. Выход 37 третьего триггера 73 соединен с входом 1эазрешения чтения второго ЗБ . Вторая схема 44 синхронизации идентична первой схеме 27 синхронизации. Выходы 62,63 второй схемы 44 синхронизации соответств тот выходам 37, 38 первой схемы 27 синхронизации, а входы 57, 58, 59 - входам 32, 35, 36.

Многоканальное цифровое устройство для акустико-эмиссионного контроля работает следующим образом.

Для организации режима одновременной записи и чтения информации о сигнале АЭ работа блоков синхронизируется стробами с выходов 20, 33, 34 распределителя 19 импульсов.

Сигналы акустической эмиссии в каждом из каналов 4 приема принимаются акустическим преобразователем 5, усиливаются усилителем 6 в заданной полосе частот и поступают на вход АЦП 7. За время строба на выходе 34 распределителя 19 импульсов АЦП 7 вырабатывается код выборки.

соответствующий амплитуде сигнала АЭ Код выборки по переднему фронту строба на вькоде 20 распределителя 19 импульсов записьшается в первый ЗБ 10 по адресу, определяемому кодом на выходе счетчика 7 адреса. По заднему фронту того же импульса значение кода на выходе счетчика 17 адреса увеличится на единицу и будет соответствовать адресу для записи следующей выборки сигнала АЭ, По стробу, приходящему на вход синхронизации регистра 8 задержки с выхода 33 распределителя 19 импульсов, значение выборки сигнала АЭ записьшается в регистр 8 задержки. Выход первой схемы 9 сравнения принимает значение логической 1 в том случае, если значение выборки сигнала АЭ меньше предыдущего. Такая логика работы позволяет выделять при регистрации сигнала АЭ ниспадающую часть каждой полуволны.

На отдельных участках фронта сигнала АЭ может иметь место уменьшение амплитуд полуволн сигнала АЭ, обусловленное интерференцией отраженных волн, волн различных мод и т,п,, устройство регистрирует полностью фронт сложного сигнала АЭ,

Это позволяет улучшить временную привязку к фронтам сигналов при определении разности времени прихода сигнала АЭ по разным каналам приема. Так, в частности, исключается ошибка при привязке к фронту сигнала АЭ по максимальной амплитуде. Это достигается за счет введения первого и второго дешифратора 40, 41 и счетчика 39 экстремальных значений. Значение кода выборки, записанного в регистре 12 максимальных значений, является порогом, при превышении которого абсолютной величиной значения кода текущей выборки начинается регистрация акта A3,

При зтом вторая схема 13 сравнения вырабатьшает команду для первого дешифратора 40, по которой при приходе импульса с выхода 9 сравнения строб на вькоде 51 первого дешифратора 40 устанавливает выход счетчика 39 экстремумов з О, запи- сьшает максимальное значение полуволны сигнала АЭ в регистр 12 максимальных значений. Второй дешифратор 4 вырабатьшает логический О по вы0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ходу 54, который служит командой разрешения начала счета экстремальных значений полуволн сигнала АЭ, При регистрации экстремума N-й полуволны (в данном случае ) дешифратор 41 вырабатьшает сигнал на выходе 53, по которому в регистр 16 хранения адреса записывается адрес, соответствующий этому экстремуму, а в младший разряд информационного слова первого ЗБ 10 записьшается единица, показывающая окончание записи данных об акте АЭ, При регистрации N+1-й полуволны второй дешифратор 41 по выходу 54 вырабатьшает команду для первого дешифратора 40 на окончание счета экстремальных значений полуволн сии- нала АЭ. Такой принцип позволяет избежать ошибок при регистрации фронта и пульса АЭ, имеющего неравномерное нарастание экстремумов полуволн сигнала АЭ, При регистрации следующих экстремумов полуволн первый дешифратор 40 вырабатьшает импульсы на выходе 49, по которым адрес N-й экстремальной амплитуды с выхода регистра 16 хранения адреса переписывается на выход счетчика 17 адреса. Тем самым в первом ЗБ 10 хранится только информативная часть каждого импульса АЭ. С течением времени код, хранящийся в регистре 12 максимальных значений, под управлением блока 14 модификации кодов уменьшается по закону, близкому к закону затухания акустических волн.

При смене знака амплитуды сигнала АЭ АЦП 7 на выходе 61 вырабатьшает импульс, по которому текущее время записывается в регистр 45 меток времени (в качестве регистра меток времени используется микросхема с тремя состояниями на входе), Первый дешифратор 40 вырабатывает на выходе 48 импульсы, по которым выход регистра 45 меток времени переходит в активное состояние, и время соответствующее началу регистрации очередного импульса, АЭ записывается во второй ЗБ 26 по адресу, определяемому счетчиком 22 адреса. Информационное слово ЗБ 26 также содержит данные о номере канала. По заднему фронту импульса на выходе первой схемы ИЛИ 25 значение выходного кода счетчика 22 адреса увеличивается на единицу. Таким образом предлагаемое устройство

фиксирует только момент начала регистрации импульса АЭ, что приводит к значительной эконрмии объема памяти ЗБ.

Первая схема 27 синхронизации и распределитель 19 импульсов синхронизируют работу ЭВМ 1 и операции чтения и записи. Третья схема 24 сравнения вырабатывает сигнал запроса па обслуживание ЭВМ 1, если значение выходного кода второго счетчика 22 адреса больше значения выходного кода третьего счетчика 23 адреса. При наличии запроса на обслуживание ЭВМ 1 вырабатывает на выходе 31 команду ввода данных второго ЗБ 26, при наличии которой первая схема 27 синхронизации вырабатьшает сигналы управления для первого мультиплексора 21 на соединение адресного входа второго ЗБ 26 с выходом третьего счетчика 23 адреса на запись информации по этому адресу в буферные регистры второго ЗБ 26. По заднему фронту импуль са на выходе 38 схемы 27 синхронизации значение выходного кода третьего счетчика 23 адреса увеличивается на единицу. ЭВМ 1 считывает данные о времени начала регистрации импульса АЭ и номере соответствующего канала 4 приема. По этому номеру ЭВМ 1 посылает команду на вторую схему 44 CHI;- хронизации указанного канала и начи- н&ет считьшание данных об амплитуде сигнала АЭ из первого ЗБ 10 канала 4 приема. Зная период импульсов генератора 3 импульсов, ЭВМ 1 может сопоставить номер выборки амплитуды сигнала АЭ с реальным временем. По признаку окончания данных об импульсе АЭ, зашифрованному в младшем разряде информационного слова первого ЗБ 10, ЭВМ 1 вырабатьшает на выходе 31 команду ввода данных из второго ЗБ 26. Ввод данных в ЭВМ 1 происходит до момента окончания сигнала запроса на обслуживание.

Таким образом данное устройство позволяет повысить надежность контроля за счет введения блоков и связей, позволяющих реализовать независимое от записи чтение данных из ЗБ, при этом исключено мертвое время, необходимое для считьшания информации из ЗБ; реализовать принцип регистрации времени выборок, экономящих объем памяти ЗБ, что дает возможность регистрировать сигналы АЭ

с большей активностью и в большем динамическом диапазоне; улучшить регистрацию фронта импульса АЭ, что позволяет более точно определять мес- тоположение источников АЭ.

10

15

20

25

35

40

45

50

55

Формула изобретения

Многоканальное цифровое устройство для акустико-эмиссиониого контроля, содержащее электронно-вычислительную машину, счетчик времени, генератор импульсов и не менее двух каналов приема, каждый из которых содержит соединенные последовательно преобразователь, усилитель и анало- го 1и{фровой преобразователь, регистр э лсржки, схему сравнения, первг,1Й запоминающий блок, информационный вход которого соединен с первым выходом аналого-цифрового преобразователя, с входом регистра задержки и с входом Y первой схемы сравнения, регистр максимальных значений, схему сравнения, вход регистра мaкcIiмaльныx значений, вход Y второй схемы сравнения и вход X первой. схипы сравнения соединены с выходом рсгис- ра задержки, вход X второй схе- мь; спавьгения соединен с выходом ре- г 11. Ilia мaxc aJIЬн гx значений, блок модифнкании кодов, выход блока моди- фшгапт н кодов соединен с первым входом синхронизации регистра максимальных зпачепнй, регистр хранения адреса, первый счетчик адреса, информа- ционньпт вход которого соединен с выходом регистра хранения адреса, выход первого счетчика адреса соединен с входом регистра хранения адреса, выход первого запоминающего блока соединен с первым информационным входом электронно-вычислительной машины, отличающееся тем, что, с целью повьшшния надежности контроля, в него введены распределитель импульсов, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а первый выход соединен со счетным входом счетчика времени, первый мультиплексор, второй и третий счетчики адреса, третья схема сравнения, первая схема ИЛИ, второй запоминающий блок, первая схема синхронизации, причем выход второго счетчика адреса соединен с первым входом первого мультиплексора и с входом X третьей схемы сравнения, выход третьего счетчика адреса соединен с вторым входом первого мультиплексора и с входом Y третьей схемы сравнения, выход первой схемы ИЛИ соединен с входом записи второго запоминающего блока и со счетным входом второго счетчика адреса, выход первого мультиплексора соединен с адресньм входом второго запоминающего блока, выход второго запоминающего блока соединен с вторым информационным входом электронно-вычислительной машины, первый выход запроса на чтение злектрон- но-вычислительной машины соединен с первым входом первой схемы синхронизации, второй и третий выходы распределителя импульсов соединены с вторым и третьим входами первой схемы синхронизации, первый выход первой схемы синхронизации соединен с входом разрешения чтения второго запоминающего блока, а второй выход соединен с входом управления первого мультиплексора и со счетным входом третьего счетчика адреса, выход третьей схемы сравнения соединен с входом запроса на обслуживание электронно-вычислительной машины, в каждый канал приема введены счетчик экстремальных значений, первый и второй дешифраторы, четвертый счетчик адреса, второй мультиплексор, вторая схема синхронизации, регистр меток времени, причем выходы первой и второй схем сравнения соединены соответственно с первым и вторым входами первого дешифратора, первый выход первого дешифратора соединен с информационным входом второго запоминающего блока, с первым входом первой схемы ИЛИ и с входом управления регистра меток времени, второй выход первого дешифратора соединен с входом записи первого счетчика адреса, третий выход первого дешифратора соединен со счетным входом счетчика экстремальных значений, а четвертый выход соединен с

вторым входом синхронизации регистра максимальных значений, с входом блока модификации кодов и с входом установки счетчика экстремальных значений, выход которого соединен с входом второго дешифратора, первый ход второго дешифратора соединен с входом синхронизации регистра хранения адреса и с информационным входом первого запоминающего блока, второй выход второго дешифратора соединен с третьим входом первого дешифратора, второй выход запроса на чтение электронно-вьгчислительной машины соединен с первым входом второй схемы синхронизации, первый выход распределителя импульсов соединен с входом разрешения записи первого запоминающего

блока и со счетным входом первого

счетчика адреса, второй выход распределителя импульсов соединен с вторым входом второй схемы синхронизации и с входом синхронизации регистра задержки,третий выход распределителя импульсов соединен с третьим входом второй схемы синхронизации и с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, второй выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом синхронизации регистра меток времени, выход которого соединен с информационным входом второго запоминающего блока, вход управления первого запоминающего блока соединен с первым выходом второй схемы синхронизации, второй выход второй схемы синхронизации соединен с входом управления второго мультиплексора и со

счетным входом четвертого счетчика адреса, выход которого соединен с первым входом второго мультиплексора, ко второму входу которого подсоединен выход первого счетчика адреса,

выход второго мультиплексора соединен с адресным входом первого запоминающего блока,вход регистра меток времени соединен с выходом счетчика времени.

90

fO

j

tea

CVJ

:i

СГ)

tvj

mr

lO

Ш1

}- CJ

Ю -3

Ш

-r v;prz™rrr:r

-г:гт-----™-14 -|Й4 kc

iCi

C4J

СГЭ

Co

tr

Л

Я

t

J

Ш

SLij

L-JT

Фиг. 2

Изобретение относится к неразрушающему контролю акустико-эмисси- онным методом и может быть использовано для контроля развивающихся дефектов и определения их координат в материале конструкции. Целью изобретения является повьщ1ение надежности контроля за счет расширения динамического диапазона регистрации акустической змиссии (АЭ) по амплитуде и активности, а также более точного определения местоположения источника АЭ. Устройство позволяет реализовать независимое от записи чтение данных из запоминающего блока 10; реализовать принцип регистрации времени выборок, зкономящих объем памяти запоминающего блока 10, что дает возможность регистрировать сигналы АЭ с большей активностью и в большем динамическом диапазоне; улучшить регистрацию фронта импульса АЭ, что позволяет более точно определять местоположение источников АЭ. 3 ил. S (Л

ппппппппппппппппппппп

d/гЗ