Способ определения толщины и скорости распространения ультразвуковых объемных волн в изделиях Советский патент 1987 года по МПК G01H5/00 G01B17/02 

Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано для безэталонного изменения толщины металлопроката и скорое- ти распространения продольных и попе речных волн в материале,

Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет измерения толщины и скорости распрост- ранения продольных и поперечных волн в движутгщхся изделиях.

.На фиг. 1 показана схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения; на фиг. 2 - временная за- висимость принимаемых импульсов.

Устройство, реализующее предлагаемый способ измерения, состоит из ультразвуковых пьезопреобразователей 1 и 2 (излучающего и приемного) и совмещенного нормального преобразова теля 3, размещенных в ванне с иммерсионной жидкостью 4 с одной стороны контролируемого изделия 5. Преобразователи 1 и 2, составляющие один ка нал измерения, установлены на фиксированном расстоянии d один от другого под углом od 1 - 3 к поверхности изделия 5 (в зависимости от требуемого диапазона толщины контроля- руемых изделий) и на расстоянии Lf от нее. Преобразователь 3, входящий во второй канал измерения, установлен нормально поверхности изделия 5 на расстоянии L L,-Ь от нее.

Генератор 6 высокочастотных колебаний соединен с преобразователями I и 3, а преобразователь 3 подключен к входу логарифмического усилителя 7 выход которого соединен с индикато- ром 8.

Прием}№1й преобразователь 2 подключен к последовательно соединенному стандартному усилителю 9 и индикатору 10.

На фиг, 2 позицией 11 обоз начен зондирующий импульс, регистрируемый за счет непосредственной связи генератора 6 и усилителя 7; позицией 12 - эхоимпульс продольных волн, отраженный от передней грани изделия 5 и проходящий через время

t 2L/C,

(1)

после запуска; позицией 13 - эхоимпульс продольных волн, отраженный от дна изделия, проходящий через время

ti 2Ь/С„+ 2Н/Сг; (2)

( -,

13450632

позицией 14 - эхоимпульс за счет распространения в изделии поперечных волн, возникающих при трансформации звукового пучка на верхней границе раздела, приходящей через временной интервал

t 2L/C,+

2Н/С,.

(3)

Сущность изобретения состоит в прозвучивании изделия по двум акустическим каналам. Излучаемые одновременно импульсы продольных волн проходят по этим каналам в жидкости со скоростью и в контролируемом изделии с о скоростями Cg. и С,, различные расстояния и принимаются в разное время. Первый акустический канал состоит из излучающего и приемного преобразователей, расположенных на фиксированном расстоянии d один от другого и под небольшим углом oL 1 - 3 к поверхности изделия толщиной Н, Второй канал состоит из совмещенного нормального преобразователя, работающего в режиме излучения-приема, расположенного на расстоянии La ближе к поверхности,, чем два предьиущих. Измеряя временные интервалы между зондирующими и принятыми эхо сигналами, по аналитическим уравнениям на основе геометрической акустики для этих интервалов получают выражения измеряемых величин Н, Ctf, Q через измеренные временные интервалы и расстояния d и Lj, между преобразователями, I . Способ измерения осуществляется

следующим образом.

40

Генератор 6 возбуждает продольные колебания современным нормальным преобразователем 3.

Пучок продольных волн, создавае45 мых преобразователем 3, распространяется в жидкости 4 со скоростью Си и падает нормально на поверхность изделия 5. На поверхности происходит трансформация его в звуковые пучки

50 продольных и поперечных волн в контролируемом изделии 5, распространяющиеся соответственно со скоростями Cg и Cfc, Импульсы продольных и поперечных волн отражаются от донной

gg поверхности изделия 5, вновь трансформируются на его верхней поверхности в продольные волны, принимаются преобразователем 3 в виде последовательности импульсов (фиг, 2),

а затем усиливаются усилителем 7 и регистрируются индикатором 8.

Амплитуда импульса 13 существенно меньше амплитуды импульса 12, поэтому для его регистрации необходимо использовать логарифмический усилитель 7, Чтобы сохранилась последова- тельность прихода первых трех импульсов, необходимо обеспечить выполнение следующих условий:

2L

с7

N

t.

(4)

IL , .N

(5)

где N - номер многократно отраженных импульсов в слое жидкости и материале изделия. Из (4) следует, что минимальное расстояние должно быть больше максимальной толщины Н изделия в Со/С раз. Условие (5) приводит к неравенству 2С Cj, которое выполняется для всех металлов. Одновременно с .преобразователем 3 генератор 6 возбуждает излучающий преобразователь 1 Пучок продольных волн, излучаемых преобразователем 1, падает на поверхность изделия под углом sL , отражается от нее, а также трансформируется в продольные и поперечные волны, которые распространяются в изделии со скоростями Cff и С(. , отражаются от донной его поверхности, вновь трансформируются на верхней грани и распространяются в жидкости со скоростью Со , Принятые преобразователем 2 сигналы усиливаются стандартным усилителем 9 и регистрируются индикатором 10, Для реализации способа достаточно зарегистрировать эхоимпуль- сы продольных волн, отраженных от

Н

Г, (2Wdiiti./t ij i5tZziIZZi5S/d iir.

L. . (t./t.)- 1 J

EJ-tib L; itt/t ll- l

,t .l-lgL°-/d i+Jitt./t)tiiJ: 4Ll/d i-i i 2.

cos 42Lo /d + (t, /Ц ) ( 1+ 4L /d )-1 J

Определяя no формуле (13) значение толщины Н изделия и подставляя его в формулы (9) и (10), определяют величины скорости С, С продольных .и поперечных волн в материале изделия, . Формула изобрет ей и я

Способ определения толщины и скорости распространения ультразвукопередней грани дна изделия 5 (фиг, 2), Эти импульсы приходят значительно позднее соответствующих им импульсов 11 и 12 второго измерительного канала за счет увеличения расстояния от поверхности изделия 5 величирь

L + L,

(6),

Для обеспечения высокой точности измерения на частотах больших 2 МГц достаточно, чтобы LO d/2. Время запаздывания импульсов 15 и 16 относительно эрндирующего определяется из соотношений:

2/

f

LLl

.ld/2ll

(7)

20

t 2Li 2 vHliid/2;Li tgst/

С„-cos

(8)

Угол наклона преобразователей, расстояние между ними, а также волновые размеры преобразователей 1 и 2 выбираются из условия получения тре- буемой амплитуды принятых сигналов и зависят от толщины Н контролируемых изделий и расстояния L,

Из соотношений (1) - (3) следует:

С-

С- .« - .

2Н ta 2Н tfi

где

t,z t2-tl.

4 t3-tv

(9) (10)

(11) (12)

Решая совместно систему уравнений (1)-(3),(6)-(8) относительно значе- . ния толщины Н изделия, получают его выражение через Ld, d и временные интервалы между зондирующим импульсом и принятыми эхосигналами.

(13)

50 .

вых объемных волн в изделиях, заключающийся в том, что в изделие излуча ют импульсы продольных колебаний с помощью излучающего преобразователя 55 и принимают отраженные от донной по верхности изделия эхосигналы с помощью приемного преобразователя, расположенного на таком же расстоянии от поверхности изделия, что и излу13450

чающий преобразователь, и по параметрам принятых эхосигналов определяют толщину и скорость распространения объемных волн, отличающий- с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет измерения толщины и скорости распространения объемных волн в движущихся изделиях, излучение .импульсов д осуществляют через слой жидкости под углом «i 1-3 к поверхности изделия, одновременно излучают импульс продольных колебаний с помощью совмещенного

нормального преобразователя, принима- 15 обьемныхволн определяютпо формулам

Г, (2Li/dKti/t ti Vita./t / Ii± 4L|/dll;i ,1 L r..

(,) --l

Н t,

I „t i2Lo/d)iti/t 2li VitL/t.,/ il J: 4L o/d }-J1-i j. z |i cos-C(2Lo/d -H (t4/t, ) (+ Ll/d) J

Ce 2H/t,2.; G« 2H/t ,

де g,

H - толщина изделия;

C - скорости распространения продольных и поперечных волн в материале изделия;

d - расстояние между излучающим и приемным преобразователями ;

LO - расстояние между излучающим и совмещенным нормальным преобразователем в направлении прозвучивания;

t - временной интервал между зондирующим импульсов и импульсом продольных волн, отраженным от передней грани изделия, принятым

д , этим же преобразователем эхоим- пульсы, соответствующие однократному отражению продольных волн от передней грани и донной поверхности изделия к однократному отражению поперечных волн от донной поверхности изделия, принимают с помощью приемного преобразователя эхоимпульсы продольной волны, отраженные от передней грани изделия, измеряют временные интервалы между принятыми эхоимпуль- сами и зондирующими импульсами, а толщину изделия и скорости распростране5

-|2

0

5 t

4

0

совмещенным нормальным преобразователем;временные интервашы между эхоимпульсами от передней грани изделия и импульсами, соответствующими однократному отражению продольной и поперечной волн от донной поверхности изделия и принятые также совмещенным нормальным преобразователем;

временные интервалы между зондирующим импульсов и эхоимпульсами продольных волн, отраженных от передней грани и донной поверхности изделия и принятыми преобразователем.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля. Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет изменения толщины и скорости распространения объемных волн в движущихся изделиях. Способ позволяет измерять толщину движущихся изделий и скорости распространения в них объемных волн при контроле эхометодом. Для этого используют два измерительных канала, первый из которых состоит из двух раздельно включенных преобразователей, наклоненных под углом 1-3 к поверхности изделия, а второй - из одного совмещенного нормального преобразователя, прозвучивают изделие через слой жидкости, принимают эхо- сигналы, отраженные от передней грани и дна изделия, измеряют временные интервалы между зондирующим импуль- сом и отраженными эхосигналами, затем вычисляют толщину изделия и скорости распространения объемных волн по приведенным формулам. 2 ил. (Л со 4;: сл О5 со

12

ЖJ-51

Тг

А

(fiue.Z

.

Составитель С, Арбузов Редактор М, Петрова Техред Л.Олийнык Корректор М. Макси шшинец

Заказ 4911/41 Тираж 499Подписное

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

13

/4

ts