Ультразвуковой цифровой структуроскоп Советский патент 1987 года по МПК G01N29/04 

1

Изобретение относится к ультразвуковому неразрушающему контролю изделий и может быть использовано для автоматического определения параметров структуры изделий.

Целью изобретения является повышение точности контроля.

На фиг. 1 приведена блок-схема ультразвукового цифрового структуро- скопа; на фиг. 2 - блок-схема усилителя и схемы управления козффициен- том усиления; на фиг. 3 - блок-схема арифметического устройства; на фиг.4 блок-схема амплитудного преобразователя со стабилизатором и блоком управления.

Ультразвуковой цифровой структу- роскоп содержит последовательно электроакустически соединенные синхронизатор 1, генератор 2 ультразвуковых колебаний (УЗК), преобразователь 3, усилитель 4 и схему 5 управления коэффициентом усиления, вторым входом подключенную к выходу синхронизатора 1, а выходом - к второму входу усилителя 4, осциллограф 6 и печатающее устройство 7, последовательно соединенные преобразователь 8 длительности, входом подключенный к второму выходу усилителя 4, амплитудный преобразователь 9, адресный счетчик 10, блок 11 запоминания, вторым входом подключенный к выходу преобразователя 8 длительности, арифметическое устройство 12, выходом подключенное к третьему входу блока 11 запоминания, блок 13 сравнения, выходами подключенный к второму входу арифметического устройства 12, входам осциллографа 6 и печатающего устройства 7, и блок 14 эталонов, выходом подключенный к второму входу блока 13 сравнения, стабилизатор 15 амплитудного преобразователя, входами подключенный к выходам адресного счетчика 10, амплитудного преобразователя 9 и преобразователя 8 длительности, а выходами - к входам преобразователя 8 длительности и амплитудного преобразователя 9, и блок 16 управления, входами подключенный к выходам синхронизатора 1, блока 11 запоминания, арифметического устройства 12 и блока 13 сравнения, а выходами - к управляю- входам преобразователя 8 длительности, амплитудного преобразователя 9, арифметического устройства 12,

10

15

20

25

3487262

блока 13 сравнения, блока 14 эталонов, осциллографа 6, печатающего устройства 7 и блока 11 запоминания.

Усилитель 4 и схема 5 управления (фиг. 2) предназначены для усиления, выравнивания чувствительности по глубине залегания дефектов, компенсации потерь, связанных с рассеиванием УЗК в зависимости от качества поверхности контролируемого изделия, для формирования стробов зоны контроля, равной всей толщине контролируемого изделия, и стробов зон контроля, равных единичным участкам контролируемой толщины, и для выделения эхо-сигналов от задней грани контролируемого изделия.

Усилитель 4 включает в себя две последовательно соединенные группы каскадов: аттенюаторов 17 и 18, входы которьсс являются входами усилителя 4, усилителей 19 и 20 и схем 21 и 22 выделения , смесителя 23, входами подключенными к входам схем 21 и 22 выделения, усилителя 24, входом подключенным параллельно входам аттенюаторов 17 и 18 к пьезопреобразо- вателю 3.

Схема 5 управления включает в себя распределитель 25, выходы которого подключены к вторым входам аттенюаторов 17 и 18, генератор 26 стробирующих импульсов, выходы которого подключены к вторым входам схем 21 и 22 вьщеления, блок 27 памяти, выходы которого подключены к первому входу генератора 26 стробирующих импульсов, третьим входам аттенюаторов 17 и 18, формирователь 28, входы которого подключены к синхронизатору 1 и выходу усилителя 24, а выходы - к входам распределителя 25, генератора -26 и блока 27 памяти, блок 29 ввода кодов, выходы которого подключены к входам блока 27 памяти и формирователь 28.

Арифметическое устройство 12 может быть выполнено по структурной схеме, приведенной на фиг. 3. В данном устройстве для сложения используют накапливающий сумматор SM. Регистры RG и RG служат для кратковременного хранения кодов чисел,участвующих в операциях. Коды чисел могут поступать из оперативного запо30

35

40

45

50

55

поступать из минающего устройства (ОЗУ) блока 11 запоминания. Оперативная память предназначена для хранения данных, непосредственно участвующих в выполнении арифметических операций, осуществляемых арифметическим устройством 12 и блоком 16 управления, строится на быстродействующих ферромагнитных запоминающих элементах. Емкость этой памяти составляет в современных электронных устройствах сотни килобайт. Время обращения к оперативной памяти составляет 0,3-5 мкс.

Регистры RG|, RGj

и

сумматор SM имеют п+1 разрядов для запоминания мантисс чисел, причем один из них в каждом устройстве принадлежит дополнительному разряду ДР, -необходимому для выполнения округлений. В сумматоре помимо знакового разряда ио, имеется дополнительный разряд У, необходимый для анализа переполнения разрядной сетки.

Регистры RGj , RGj. и сумматор SM имеют цепи, состоящие из групп вентилей В , Bj , Bj , ... , Bj , с помощью которых осуществляются элементарные операции приема и передачи чисел.

Для выполнения арифметической и логической операций блоком 16 управления в определенной последовательности выдаются управляющие импульсы Y , Y ,. . . , 2 .

Амплитудный преобразователь 9 со стабилизатором 15 и блоком 16 управления приведены на фиг. 4.

Дискриминаторы верхнего и нижнего уровней (ДВУ и ДНУ) позволяют исключить из анализа сигналы, амплитуда которых выше и ниже порогов, т.е. .позволяют выбрать диапазон измеряемых амплитуд.

Амплитудно-временное преобразование выполняется непосредственно в зарядно-разрядном устройстве (ЗРУ), которое представляет собой усилитель с отрицательной обратной связью. В ЗРУ происходит формирование временного интервала, пропорционального амплитуде входного сигнала. Разряд запоминающего конденсатора ЗРУ осуществляется постоянным током генератора разрядного тока. Так как сигналы на входе преобразователя распределены но времени, то имеется вероятность попадания сигнала на вход, когда не закончено преобразование преды- gg менной чувствительности структуроско- дущего. Чтобы исключить возможные при па и коды величины зон контроля, а в этом сбои и искажений линейно-пропус- блок памяти формирователя 28 селек- кающее устройство (ЛПУ) блокирует тирующих импульсов - коды, соответ- вход ЗРУ на время измерения амплиту- ствующие величине участков аппрокси0

5

5

ды сигнала. ЛПУ представляет собой усилитель-селектор.

GTpyKTypocKon работает следующим образом.

Синхронизатор 1 запускает генератор 2 ультразвуковых колебаний, который возбуждает преобразователь З.Сиг-, налы, отраженные от передней грани, структурных неоднородностей и задней грани контролируемого изделия, принимаются преобразователем 3, преобразуются в электрические колебания и передаются на усилитель 4, где усиливаются, детектируются и поступают на схему 5 управления коэффициентом усиления .

В каждом цикле зондирования на вход распределителя 25 и блока 27 па- 0 мяти с формирователя 28 селектирующих импульсов поступает серия импульсов, первые два из которых соответствуют по времени импульсам, задержанным относительно импульса синхронизатора, а другие формируются путем предварительного выделения эхо-сигнала от передней грани контролируемого изделия для формирования импульсов с переменным периодом следования.

В блоке 27 памяти хранятся коды, соответствующие изменению чувствительности усилительных каналов на выбранных участках аппроксимации временной чувствительности структуроско- па. С помощью серии импульсов осуществляется последовательное считывание кодов, записанных в ячейках блока 27 памяти, которые заносятся в соответствующий канал усиления - атте нюатор 17 или 18.

Импульсы с другого выхода формирователя 28 селектирующих импульсов подаются на вход генератора 26 стро- бирующих импульсов, на различных выходах которого формируются импульсы в интервале времени, определяемом зоной контроля. С помощью этих импульсов производится подключение схемы 21 или 22 выделения импульсов через смеситель 23 на вход преобразователя 8. Запись параметров контроля производится с помощью блока 29 ввода кодов, посредством которого в блок 27 памяти заносятся коды изменения вре0

5

0

5

0

мащш временной чувствительности структуроскопа,

Таким образом, выделенные эхо-сигналы от микродефектов структуры и от задней грани контролируемого изделия поступают на преобразователь 8 длительности эхо-сигналов.,

В преобразователе 8 длительности производится линейное суммирование эхо-сигналов от микродефектов структуры и вырабатывается параллельный двоичный код длительности отдельных эхо-сигналов и код его временного положения в зоне контроля, а также код положения эхо-сигналов от задней грани.

Линейно-суммированные эхо-сигналы от микродефектов и задней грани поступают на вход амплитудного преобразователя 9, где производится преобразование амплитуд в последовательный единичный код, который, в свою очередь, преобразуется в параллельный двоичный код амплитуд эхо-сигналов в адресном счетчике 10. С преобразователями 8 и 9 синхронно работает стабилизатор 15 амплитудного преобразователя, который формирует эталонные

напряжения и выделяет цифровой код. Параллельный двоичный код с выходов адресного счетчика 10 и преобразователя 8 длительности подается на соответствующие разряды адресного регистра блока 11 запоминания. Код временного положения эхо-сигналов определяет секцию запоминающего устройства, в которой накапливаются эхо- сигналы, передаваемые на арифметическое устройство 12. В счетном регистре арифметического устройства очередной поступающий в блок 11 запоминания код суммируется с накопленным числом импульсов и перемножается с длительностью эхо-сигналов в общей зоне контроля, а также в единичных зонах контроля. Одновременно в арифметическом устройстве tS производится вычитание кодов амплитуд первого и второго эхо-сигналов от задней грани контролируемого изделия, считываемых с блока 11 запоминания. Далее произведение суммарных амплитуд на суммарную длительность из всей контролируемой толщины делится на разность амплитуд это-сигналов от задней грани изделия.

Вся информация с арифметического устройства 12 подается на блок 13

13487266

сравнения с эталонными значениями. Результаты сравнения выводятся на вход осциллографа 6 и печатающего устройства 7.

Необходимую последовательность командных сигналов обеспечивает блок 16 управления.

Если по всей толщине изделия нет

10 неоднородностей структуры, это характеризуется отсутствием эхо-сигналов от структуры на заданном уровне чувствительности. Формула изобретения

5 Ультразвуковой цифровой структу- роскоп, содержащий последовательно электроакустически соединенные синхронизатор, генератор ультразвуковых колебаний, преобразователь, усили20 тель и схему управления коэффициентом усиления, вторым входом подключенную к выходу синхронизатора, а выходом - к второму входу усилителя, осциллограф и печатающее устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, он снабжен последовательно соединенными преобразователем длительности, входом подключенным к второму выходу усилителя, амплитудным преобразователем, адресным счетчиком, блоком запоминания, вторым входом подключенным к выходу преобразователя длительности, арифметическим устройст35 вом, выходом подключенным к третьему входу блока запоминания, блоком сравнения, выходом подключенным к второму входу арифметического устройства,входам осциллографа и печатающего уст40 ройства, и блоком эталонов, выходом подключенным к второму входу блока сравнения, стабилизатором амплитудного преобразователя, входами подключенным к выходам адресного счет45 чика, амплитудного преобразовэт еля и преобразователя длительности, а выходами - к входам преобразователя длительности и амплитудного преобра25

30

зователя, и блоком управления, вхо- 50 дами подключенным к выходам синхронизатора, блока запоминания, арифметического устройства и блока сравнения, а выходами - к управляющим входам преобразователя длительности, 55 амплитудного преобразователя, арифметического устройства, блока сравнения, блока эталонов, осциллографа, печатающего устройства и блока запоминания.

зователя, и блоком управления, вхо- ами подключенным к выходам синхронизатора, блока запоминания, арифметического устройства и блока сравнения, а выходами - к управляющим входам преобразователя длительности, амплитудного преобразователя, арифметического устройства, блока сравнения, блока эталонов, осциллографа, печатающего устройства и блока запоминания.

от синхр. 1

(Риг. 2

отв

Изобретение относится к ультразвуковому неразрушающему контролю качества материалов. Целью изобретения является повышение точности контроля за счет учета всей энергии, отраженной микродефектами и границами зерен материалов. Амплитуды сигналов, преобразованные в последовательный единичный код, а затем в адресном счетчике 10 преобразованные в двоичный код, подаются на блок 11 запоминания. В счетном регистре арифметического устройства 12 коды суммируются с накопленным числом импульсов и перемножаются с длительностью эхо-сигналов в общей зоне контроля и в единичных зонах контроля. Произведение суммарных амплитуд и длительностей в единичных зонах контроля по сравнению в блоке 13 сравнения с теми же зталонными параметрами обеспечивает оценку структуры материала в единичных зонах контроля. 4 ил. i (Л