Ультразвуковой дефектоскоп Советский патент 1988 года по МПК G01N29/04 

со

9д

iU iU

10

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при контроле толстостенных изделий.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей прибора за счет выравнивания чувствительности контроля слоев различной глубины.

На фиг. 1 приведена функциональная схема ультразвукового дефектоскопа; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу схемы; на фиг. 3 - кривые зависимости размера акустического 15 блока от глубины.

Ультразвуковой дефектоскоп содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, коммутатор 2, параллельно включенные п цепей, содержащих п генераторов 3 и п концентрически установленных преобразователей А,составляющих акустический блок 5, последовательно соединенные усилитель 6,автоИмпульсы синхронизатора 1 с частотой f поступают в делитель 13 частоты коммутатора 2, где формируются

импульсы с частотой f, f

IL

n

f,

fo

n+1

где п - количество пьезоэлементов в преобразователе 4.

При этом частота f выбирается в зависимости от величины условного слоя, на которые разбито все сечение контролируемого изделия.

С делителя 13 частоты первый импульс частотой f, поступает в дешифра тор 15 коммутатора 2 и формирует на выходе прямоугольный импульс (эпюра а) длительностью Т 1/fj одновре- 2Q менно первый импульс частотой f, запускает генератор 3 зондирующих электрических импульсов (эпюра Г1). Генератор 3 возбуждает центральный пьезопреобразователь 4. Диаграмма направ- матический сигнализатор 7 дефектов и 25 ленности у малого центрального пьезо- исполнительный механизм 8, индикатор элемента круговая (сферическая), на- 9, соединенный с выходом усилителя 6, правлена в материал изделия и не име- и генератор 10 строба, включенный меж- ет ближней зоны. Поэтому центральным ду коммутатором 2 и вторым входом уси- преобразователем 4 проверяется припо- лителя 6 и соединенный с синхрониза- ЗО верхностная зона изделия (примыкающая тором 1, п-1 ключей 11 и сумматор 12, к акустическому блоку 5), Одновремен- выход которого соединен с усилителем 6, а вход - с выходами ключей 11,входы ключей 11 соединены с нецентральными преобразователями 4, коммутатор 2 выполнен в виде делителя 13 частоты, п-1 схем И 14, выходы которых соединены с генераторами 3, дешифратор 15, вход которого подключен к выходу делителя 13 частоты, а в(1ходы - к входам схем И 14 и управляющим входам ключей 11, одна из п параллельных цепей включена между выходом делителя 13 частоты и входом сумматора 12 и

35

но с импульсом f, с третьего выхода делителя 13 частоты поступает импульс f на запуск генератора 10 строб-импульса (эпюры f, и с), в результате чего вырабатывается прямоугольный импульс с . Длительн9сть этого импульса равна периоду следования синхроимпульсов fj, , которые по- 4Q ступают на второй вход генератора 10 строб-импульсов. Если в период действия строб-импульса в этом условном слое появляется эхосигнал от дефекта (не показан), последний возбуждает

Импульсы синхронизатора 1 с частотой f поступают в делитель 13 частоты коммутатора 2, где формируются

импульсы с частотой f, f

f,

fo

n+1

где п - коли0

15

чество пьезоэлементов в преобразователе 4.

При этом частота f выбирается в зависимости от величины условного слоя, на которые разбито все сечение контролируемого изделия.

С делителя 13 частоты первый импульс частотой f, поступает в дешифра тор 15 коммутатора 2 и формирует на выходе прямоугольный импульс (эпюра а) длительностью Т 1/fj одновре- Q менно первый импульс частотой f, запускает генератор 3 зондирующих электрических импульсов (эпюра Г1). Генератор 3 возбуждает центральный пьезопреобразователь 4. Диаграмма направ- енности у малого центрального пьезо- элемента круговая (сферическая), на- правлена в материал изделия и не име- ет ближней зоны. Поэтому центральным преобразователем 4 проверяется припо- верхностная зона изделия (примыкающая к акустическому блоку 5), Одновремен-

но с импульсом f, с третьего выхода елителя 13 частоты поступает импульс f на запуск генератора 10 строб-импульса (эпюры f, и с), в результате чего вырабатывается прямоугольный импульс с . Длительн9сть этого импульса равна периоду следования синхроимпульсов fj, , которые по- ступают на второй вход генератора 10 строб-импульсов. Если в период действия строб-импульса в этом условном слое появляется эхосигнал от дефекта (не показан), последний возбуждает

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при контроле толстостенных изделий. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей прибора за счет выравнивания чувствительности контроля слоев различной глубины. При контроле происходит подключение концентрических кольцевых преобразователей и сдвиг строба, синхронный с увеличением мощности акустического луча, компенсирует затухание и рассеяние ультразвука в материале, а строб препятствует влиянию ближней, зоны, отодвигая зону контроля. 3 ил.

содержит центральный преобразователь центральный преобразователь 4, рабо4 акустического блока 5, а радиусытающий в это время приемником,преобпреобразователей 4 выбраны так, чторазуется им в электрический сигнал,

площадь акустического блока соответст-который поступает на вход в сумма- вугт уравнению

50

s ,

где k - коэффициент пропорциональнос ти; г лубина п-го слоя;

J - допустимая погрешность измерений .

Ультразвуковой дефектоскоп работает со;едую1цим образом.

тор 12, затем на вход усилителя 6, где он селектируется строб-импульсом генератора 10, и, если его амплитуда превышает порог срабатывания блока 7 АСД, включается исполнительный механизм 8,который,например,делает мар- 55 киратором отметку на контролируемом изделии (не показаны) или прекращает перемещение изделия. Визуально эхо- сигнал отображается на индикаторе 9. После этого с первого выхода дели

который поступает на вход в сумма-

тор 12, затем на вход усилителя 6, где он селектируется строб-импульсом генератора 10, и, если его амплитуда превышает порог срабатывания блока 7 АСД, включается исполнительный механизм 8,который,например,делает мар- киратором отметку на контролируемом изделии (не показаны) или прекращает перемещение изделия. Визуально эхо- сигнал отображается на индикаторе 9. После этого с первого выхода дели313

теля 13 частоты поступает на дешифратор 15 второй импульс fj , в результате чего вырабатывается на выходе прямоугольный импульс b (эпюра Ь), Одновременно второй импульс f, поступает на схему И 14 при совпадении их с импульсами Ь, проходит на запуск генераторов 3, которые возбуждают одновременно центральный и первый коль ценой преобразователи 4, в результате чего формируется уже направленный ультразвуковой луч и более мощ- ный,чем точечный, который прозвучива ет более глубинныр слой материала контролируемого изделия. Одновременно со вторым импульсом f, с третьего т11хода делителя 13 частоты на запуск генератора 10 строб-импульсоп поступает следующий управляющий импульс f, который по ОТНОШСМ1И10 к второму импулсу 1, сдвинут на промежуток Т, l/f (эпюры Ь и f,,) , т.е. длительность и положение строб-импульса охватывает второй условный слой контролируемого материала. В этом случае фиксируются только дефекты, находящиеся в пределах этого слоя, т.е. выше и ниже этого слоя дефекты фиксироваться не будут, дважды один и тот же дефект не будет зафиксиро1 ан, (2-й импульс эпюры с) .

Аналогичным образом возбуждаются, подключаясь, все новые и новые кольцевые пьезоэлементы преобразователей Д, одновременно с этим синфазно по временной развертке индикатора 9 перемещается строб-импульс, который осуществляет сброс выходных импульсов и устанавливает дешифратор в исходное состояние. Тем самым подготовлен новый цикл проверки дефектоскопом по слоям контролируемого изделия. Это позволяет выравнивать чувствительность дефектоскопа к равновеликим дефектам, находящимся на различной глубине (фиг. 3), с помощью изменения площади преобразователя 4 в режиме излучения и приема. Известн что амплитуда эхосигнала определяетс

Sfc

.2Sr

где Р - амплитуда излученного сигнала ;

1 - амплитуда принятого сигнала; 8д - плои(адь пьезопреобразователя;

s, - площадь отражателя (дефекта 1 - длина волны; г - расстояние до отражателя; S - коэффициент затухания.

р Зависимость - f(r) определяется

о известной АРД-диаграммой, но можно с

изменением расстояния г изменять s

р так, что -g- const. Такой случай при о

веден на фиг. 3, где s - 3 мм залегает на глубинах от 100 до 500 мм, а размер пьезопреобразователя меняется от 1 ,5 до 10 мм для частоты 2,5 МГц, или от 2 до 14 мм для частоты 1,8 Мгц

Кроме того, изменение радиуса пьезопреобразователя 4 влияет не тол},ко на чувствительность дефектоскопа, но и определяет ближнюю зону преобразователя, которая равна г

д

- т

КИМ образом, для контроля оценки размеров дефектов на больших глубинах радиус а увеличивается, но и увеличивается ближняя зона г , которая не оказывает влияния на результаты контроля. С уменьшением а (для: близкорас

РП

положенных дефектов) уменьшается и г, т.е. неравномерность акустического поля данной зоны опять не оказывает влияния на амплитуды эхосигнала (фиг. 3), что позволяет проводить контроль изделий большой толщины без подстройки, расширяя функциональные возможности прибора.

Формула изобретения

Ультразвуковой дефектоскоп, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, коммутатор, параллельно включенные п цепей, содержащих п генераторов и п концентрически установленных преобразователей, составляющих акустический блок, последовательно соединенные усилитель, автоматический сигнализатор дефектов и исполнительный механизм, индикатор,соединенный с выходом усилителя, и генератор строба, включенный между KONfMy- татором и вторым входом усилитедя, и соединенный с синхронизатором, отличающийся тем, что, с

целью расширения функциональных возожностей, он снабжен п-1 ключами и сумматором, выход которого соединен с силителем, а .вход - с выходами клией, входы ключей соединены с нецен.тральными преобразователями, коммутатор выполнен в виде делителя частоты, п-1 схем И, выходы которых соединены с генераторами, дешифратора, вход которого подключен к выходу делителя частоты,а выходы - к входам схем И и управляющим входам ключей, одна из п параллельных цепей включена между выходом делителя частоты и входом суммаI ojja и содержит центральный преобразователь акустического блока, а радиуФиг1

сы преобразователей выбраны так, чтобы площадь акустического блока соответствовала уравнению

п kri;,

где k - коэффициент пропорциональности;

глубина слоя;

г„., Tj ;

Х - допустимая погрешность измерений .

WO

VU2..

f I.e .5

200 300 400 500 u,MM CDU23