Устройство для ультразвукового контроля изделий Советский патент 1988 года по МПК G01N29/04 

.13687712

Изобретение относится к области чик 18, первый цифроаналоговый преоб- неразрушающих испытаний ульт азвуко- разователь 19, второй амплитудный вым методом и может быть использовано дискриминатор 20, второй вход которо- для контроля изделий в машинострои- го предназначен для подключения ис- тельной и других ..отраслях промышлен- точника порогового напряжения, и схе- ности.му ИЛИ 21, вторым входом подключенЦель изобретения - повьшение дос- ную к выходу первой схемы И 8, а вы- товерности контроля путем исключения ходом - к третьему входу второй схе- влияния качества акустического кон- ю мы И 12, последовательно соединенные такта и уменьшения величины неконт- второй временной селектор 22, первым ролируемой зоны.входом подключенный к выходу второго

На фиг.1 приведена блок-схема уст- генератора 5 стробирующих импульсов, ройства для ультразвукового контроля а вторым входом - к выходу усилите- изделий; на фиг.2 - 5 - диаграммы, 15 ля 3, вторую схему 23 памяти и второй поясняющие работу устройства.цифроаналоговый преобразователь 24,

Устройство содержит последователь- вторым входом подключенный к выходу но электроакустически соединенные счетчика 18, а вьпсодом - к второму генератор 1 высокой частоты, пьезо- входу первого амплитудного дискрими- преобразователь 2 и усилитель 3, пос- 20 натора 16, схему 25 задержки, входом ледовательно соединенные первый 4 и подключенную -к выходу второго времен- второй 5 генераторы стробирующих им- ного селектора 22, а выходом - к вто- пульсов, первый амплитудно-временной рому входу генератора 17 импульсов дискриминатор 6, первый вход которого счета, и третий генератор 26 прямо- подключен к выходу второго генератора 25 угольных импульсов, входом подключен- стробирующих импульсов, второй вход ный к выходу второго амплитудно-вре- дискриминатора предназначен для под- менного дискриминатора 9, а выходом - ключения к источнику порогового нап- к третьему входу схемы ИЛИ 21 . Пози- ряжения и, первый генератор 7 прямо- циями 27-50 обозначены сигналы с вы- угольных импульсов и первую схему И 30 ходов элементов устройства. 8, второй амплитудно-временной диск- Устройство работает следующим об- риминатор 9, первым входом подключен-. разом.

ный к выходу первого генератора 4 Такт работы всей схемы задают им- стробирующих импульсов, второй вход пульсы 27, вырабатываемые синхрониза- которого предназначен для подключения ос тором генератора 1 высокой частоты, к источнику порогового напряжения Uj, Р1мпульсы 28 снимаемые с выхода гене- второй генератор 10 прямоугольных ратора 1 высокой частоты, возбуждают импульсов, входом подключенный к вы- преобразователь 2. Принимаемые сиг- ходу первого генератора 4 стробирую- налы 29, усиленные усилителем 3, пос- щих импульсов, а выходом - к второму 40 тупают на первые входы амплитудно- входу первой схемы И 8, последова- временных дискриминаторов 6 и 9 и тельно соединенные импульсный источ- временных селекторов 14 и 22. Генера- ник 11 питания и вторую схему И 12, торы 4, 5 и 13 стробирующих импульсов вторым входом подключенную к синхро- собраны по схеме ждущих мультивибра- низирующему выходу генератора 1 вы- 45 торов, формируют прямоугольные им- сокой частоты, а выход предназначен пульсы, длительность которых опреде- для подключения к регистратору, тре- ляет необходимые временные интервалы. тьи входы первого 6 и второго 9 амп- На второй вход второго амплитудно- литудно-временных дискриминаторов временного дискриминатора 9 подается подключены к выходу усилителя 3, пос- gg выхода первого генератора 4 стро- ледовательно соединенные третий гене- бирующих импульсов сигнал 30, дли- ратор 13 стробирующих импульсов, вхо- тельность которого соответствует вредом подключенный к выходу второго ге- менному промежутку между эхоимпульса- нератора 5 стробирующих импульсов, ми 29 от передней грани П и дна из- первый временной селектор 14, вторым 55 Делий Д. Таким образом, на выходе входом подключенный к выходу усили- второго амплитудно-временного дискри- теля 3, первую схему 15 памяти, пер- минатора 9 появляются прямоугольные вый амплитудный дискриминатор 16, импульсы 31 только тогда, когда амп- генератор 17 импульсов счета, счет- литуда эхосигнала gj во временном

промежутке между импульсами от переней грани и дна изделия больше порогового уровня Uj.

Передним фронтом импульса 31 запускается третий генератор 26 прямо угольных импульсов и создает на вых .де прямоугольный импульс 32 определенной длительности. На второй вход первого амплитудно-временного диск- риминатора 6 t выхода второго генератора 5 стробирующих импульсов подется сигнал 33, вьщеляющий первый донный импульс. Таким образом, на входе первого амплитудно-временного дискриминатора 6 появляется прямоугольный импульс 34 только тогда, когда амплитуда первого донного импульса Д больше порогового уровня

Uf .

Передним фронтом импульса 34 запускается первый генератор 7 прямоугольных импульсов, формирующих инверсный сигнал 35 определенной дли-

тельности. От заднего фронта импульса 25 пульса. Это ступенчатое напряжение

Амплитуда первого донного й мпул.са

41Д, запоминается второй схемой 23 памяти и подается в качестве опорного

42на аналоговый вход второго цифро- аналогового преобразователя 24, который управляется двоичным кодом с выходов счетчика 18. С приходом первого донного импульса через время задержки, определяемое схемой 25 задержки.

U

запускается генератор 17 импульсов счета, генерирующий последовательность прямоугольных импульсов 43. Эти импульсы считаются счетчиком 18 и в двоич ном коде подаются на цифровые входы цифроаналоговых преобразователей 19 и 24. В соответствии с количеством импульсов счета второй циф- роаналоговый преобразователь 24 формирует возрастающее ступенчатое напряжение 44 с величиной приращения аи , где N - разрядность цифроаналогового преобразователя;

10

- амплитуда первого донного им

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий и может быть использовано в различных областях промышленности. Целью изобретения является повышение достоверности контроля за счет исключения влияния ка- чества акустического контакта и уменьшения величины неконтролируемой зоны. Первый донный импульс, выделенный вторым временным селектором 22, через вторую схему 23 памяти подается на аналоговый вход второго цифро- аналогового преобразователя 24, который формирует возрастающее ступенчатое напряжение. На первый вход первого амплитудного дискриминатора 16 поступают вьщеленные первым временным селектором 14 через первую схему 15 памяти амплитуды эхосигналов во временном промежутке между первым и Вторым донными импульсами, а на второй вход - на1пряжение с преобразователя 24, и происходит сравнение. Счетчик 18 фиксирует это значение. Первый цифроаналоговый преобразователь 19 и второй амплитудный дискриминатор. 20 служат для обеспечения регистрации наличия дефекта по величине амплитуды напряжения срабатывания первого амплитудного дискриминатора 16.5 ил. 13 9 ko СдЭ 9д эо ч .

30 запускается второй генератор 10 прямоугольных импульсов и формирует на выходе инверсный сигнал 36, длительность которого регулируется, На выходе первой схемы И 8 формируется высокий уровень только в том случае, если на обоих входах высокий уровень. Поэтому на выходе первой схемы И 8 формируется инверсный импульс 37, длительность которого определяется импульсом 36, если уровень первого донного сигнала Д меньше порогового уровня и , или импульсом 35, если уровень первого донного импульса Д больше порогового уровня Uj.

.Первый временной селектор 14 выделяет эхоимпульсы 39 во временном / промежутке первым Д и вторым Д донными импульсами, так как на его второй вход подается импульс 38 с выхода третьего генератора 13 стробирующих импульсов, длительность которого определяет этот временной промежуток, Амплитуда наибольщего эхоимпульса 39 gg или gj запоминается первой схемой 15 памяти, которая формирует постоянный уровень 40. Величина уровня 40 зт-а соответствует амплитуде запом44 сравнивается с уровнем 40 на первом амплитудном дискриминаторе 16. Как только ступенчатое напряжение 44 превысит уровень 40, срабатывает 30 первый амплитудный дискриминатор I4 W сигналом 45 останавливает генерато 17 импульсов счета, а тем самым и счетчик 18, на цифровых выходах кото рого остается количество импульсов счета в двоичном коде.

oD )

С помощью первого цифроаналоговог преобразователя 19 количество импуль сов счета преобразуется в возрастающее ступенчатое напряжение 46 с вели

40 чиной приращения Д U /2. Это напряжение 46 сравнивается с пороговым уровнем и с помощью второго амплитудного дискриминатора 20. Если напряжение 46 больше порогового уров

45 ня Uj, то срабатывает второй амплитудный дискриминатор 20 и формирует на выходе высокий уровень 47. Таким образом, на схему ИЛИ 12 приходят сигналы 32, 37 и 47. Схема ИЛИ 12 вы

5Q дает на выходе высокий уровень 48, если хотя бы на одном из входов ггри сутствует высокий уровень. Запись 50 производится только во время, опреде ляемое длительностью работы импульсненного эхоимпульса. Второй временной55ного источника 11 питания и длительселектор 22 вьзделяет первый,донныйностью импульса 27. Пороговые уровни

импульс 41 Д,, так как на его второйU - U

вход подается импульс 33, задающийв

необходимый временной промежуток.контроля,

1 устанавливаются в соответст- с требуемой чувствительностью

44 сравнивается с уровнем 40 на первом амплитудном дискриминаторе 16. Как только ступенчатое напряжение 44 превысит уровень 40, срабатывает 0 первый амплитудный дискриминатор I4 W сигналом 45 останавливает генератор 17 импульсов счета, а тем самым и счетчик 18, на цифровых выходах которого остается количество импульсов счета в двоичном коде.

D )

С помощью первого цифроаналогового преобразователя 19 количество импульсов счета преобразуется в возрастающее ступенчатое напряжение 46 с вели0 чиной приращения Д U /2. Это напряжение 46 сравнивается с пороговым уровнем и с помощью второго амплитудного дискриминатора 20. Если напряжение 46 больше порогового уров5 ня Uj, то срабатывает второй амплитудный дискриминатор 20 и формирует на выходе высокий уровень 47. Таким образом, на схему ИЛИ 12 приходят сигналы 32, 37 и 47. Схема ИЛИ 12 выQ дает на выходе высокий уровень 48, если хотя бы на одном из входов ггри- сутствует высокий уровень. Запись 50 производится только во время, определяемое длительностью работы импульс U

1 устанавливаются в соответст- с требуемой чувствительностью

Дополнительно введенные блоки образуют канал отношений, позволяющий в дополнение к регистрации дефектов по эхометоду и зеркально-теневому ме- тоду регистрировать отношение амплитуд эхоимпульсов во временном промежутке между первым и вторым донными импульсами к амплитуде первого донного импульса.

Канал отношения работает следующим образом.

Первый донный импульс, вьоделенный вторым временным селектором 22 и заключенный второй схемой 23 памяти, подается на аналоговый вход второго цифроанапогового преобразователя 24, который формирует возрастающее ступенчатое напряжение от О до U X (2 -)/2N, с шагом приращения

аи /2, где Uya - уровень первого донного импульса; N - разрядность цифроаналогового преобразователя,

На первый вход первого амплитудного дискриминатора 16 поступают выделенные первым временным селектором 14 и запомненные первой схемой 15 памяти амплитуды эхосигналов во временном промежутке между первым и вторым донными импульсами. Подаваемое на второй вход первого амплитудного дискриминатора 16 ступенчатое напряжение , сформированное вторым цифроана- логоБым преобразователем 24, сравнивается с постоянным напряжением, сформированным первой схемой 15 памяти, пропорциональным амплитуде эхо- сигналов во втором временном промежутке . Первый амплитудный дискриминатор 16 срабатывает и своим выходным сигналом останавливает работу генератора 17 импульсов счета в тот момент, когда ступенчатое напряжение сравнивается с постоянным напряжением

и

3I-U

пропорциональным амплитудам

эхосигналов во втором временном промежутке . Амплитуда этого напряжения в момент срабатывания и to- п

и

ЗГ-и

,л

или

Usr-.J /и.

ю

1/2

где п - количество импульсов генератора 17, сосчитанное счетчиком 18, к моменту срабатывания первого порогового каскада 16.

Первый цифроаналоговый преобразователь 19 и второй амплитудный дискриминатор 20 служат для обеспечения регистрации наличия дефекта в изделии по величине этого отношения. На цифровые входы первого цифроаналогового преобразователя 19 поступает количество импульсов счета в двоичном коде с выходов счетчика 18. На аналоговый вход первого цифроаналогового преобразователя 19 подается опорное напряжение UВыходное напряжение этого

преобразователя, пропорциональное

и Hfjf, п/2 , подается на первый вход

второго амплитудного дискриминатора

20 и сравнивается с величиной порогового уровня Uj . В случае U U принимает решения о наличии дефекта в изделии, при этом второй амплитудный дискриминатор 20 срабатывает и вьщает

высокий уровень выходного сигнала на вход схемы ИЛИ 21. Величина порогового уровня Uj устанавливается в долях опорного напряжения Поп Uj К Ug (К с 1) . При наличии дефекта

в изделии U U и U. , U К;

Таким образом, чувствительность контроля по второму вре- менному промежутку определяется по величине отношения /Uja Регуируя величину К , можно устанавливать требуемую чувствительность контроля.

I

В случае, когда в изделии имеется

дефект g , который регистрируется во временных промежутках между эхоим- пульсом от передней грани Пу и первым

донным импульсом Д; и между первым- Ду и вторым Д. донными импульсами, на выходе усилителя 3 присутствует следующая последовательность сигналов 29. При этом срабатывает второй

амплитудно-временной дискриминатор 9 и импульсом 31 запускает третий генератор 26 прямоугольных импульсов, который формирует прямоугольный импульс 32. Срабатывает первый амплитудно-временной дискриминатор 6, запускает первый генератор 7 прямоугольных импульсов, и на выходе первой схемы И 8 формируется импульс 37. Срабатывает канал отношения, и на выходе второго амплитудного дискрими- натора 20 формируется высокий уровень 47. Таким образом, на первом входе второй схемы И 12 образуется импульс 48 и производится регистрация за пол- 713

ное время 49 работы импульсного источника 11 питания.

В случае, когда в изделии присутствует грубый дефект, который регистрируется во временных промежутках Между эхосигналами от передней грани П, и дна изделия Д, и между первым Л, и вторым Д донными импульсами, а также по уменьшению первого донно- го импульса, не срабатывает первьш амплитудно-временной дискриминатор 6 и на выходе первой схемы И 8 формируется инверсный импульс 37 меньшей

20

30

длительности. Но, так как срабатывает 15 ключения к источнику порогового Нап- второй амплитудно-временной дискриминатор 9 и канал отношения, на первом входе второй схемы И 12 образуется импульс 48 и производится регистрация дефекта.

Если дефект в изделии находится близко к поверхности изделия и отраженный эхоимпульс от дефекта g, маскируется на фоне импульса от передней грани П, , то во втором, временном промежутке между первым Д, и вторым Д донными импульсами появляется эхо- импульс g от дефекта 29, так как метод контроля по второму временному промежутку обладает меньшей мертвой зоной, чем эхотеневой метод. При этом срабатывает канал отношения и производится регистрация дефекта.

Если в изделии имеется рассеивающий звук дефект (скопления мелких шлаковых включений или пор) или грубый дефект, расположенный настолько близко к поверхности, что эхоимпуль- сы от дефекта маскируются на фоне эхосигналов,, отраженных от передней грани П., и дна изделия Д, Д, - ТО в этом случае дефект регистрируется по уменьшению уровня первого донного сигнала. При этом не срабатывает второй 9 и первый 6 амплитудно-временные дискриминаторы, не срабатывает канал отношения и на выходе первой схемы И 8 формируется инверсный импульс 37. В этом случае производится регистрация дефекта, но с меньшей интенсивностью, так как длительность импульса 50 записи меньше, чём время 49 работы импульсного источника 11 питания.

ряжения, первый генератор прямоугольных импульсов и первую схему И, второй амплитудно-временной дискриминатор, первым входом подключенный к выходу первого генератора стробирующих импульсов, второй вход которого предназначен для подключения к источнику порогового напряжения, второй генератор прямоугольных импульсов, вхо25 дом подключенный к выходу первого генератора стробирующих импульсов, а выходом - к второму входу первой схемы И, последовательно соединенные импульсный источник питания и вторую схему И, вторым входом подключенную к синхронизирующему выходу генератора высокой частоты, а ее выход предназначен для подключения к регистратору, а третьи входы первого и второго амплитудно-временньк дискриминаторов подключены к выходу усилителя, отличающееся тем что, с целью повьш1ения достоверности контроля, оно снабжено последовательно соединенными третьим генератором стробирующих импульсов, входом подключенным к выходу второго генератора стробирующих импульсов,первым временным селектором, вторым входом подключен с ным к выходу усилителя, первой схемой

35

40

50

памяти, первым амплитудным дискриминатором, генератором импульсов счета, счетчиком, первым цифроаналоговым преобразователем, вторым амплитудным дискриминатором, второй вход которого предназначен для подключения к источнику порогового напряжения и схемой ИЛИ, вторым входом подключенной к выходу первой схемы И, а выходом Устройство позволяет повысить дос- 55 к третьему входу второй схемы И, последовательно соединенными вторым временным селектором, первым входом подключенным к выходу второго генератора стробирующих импульсов, а вторым

товерность контроля путем исключения влияния качества акустического контакта на результаты контроля и уменьшения величины неконтролируемой зоны.

8

Формула изобретения

Устройство для ультразвукового контроля изделий, содержащее последовательно электроакустически соединенные генератор высокой частоты, пьезо- преобразователь и усилитель, последовательно соединенные первый и второй генераторы стробирующих импульсов, первый амплитудно-временной дискриминатор, первый вход которого подключен к выходу второго генератора стробирующих импульсов, второй вход дискриминатора предназначен для под

ключения к источнику порогового Нап-

ряжения, первый генератор прямоугольных импульсов и первую схему И, второй амплитудно-временной дискриминатор, первым входом подключенный к выходу первого генератора стробирующих импульсов, второй вход которого предназначен для подключения к источнику порогового напряжения, второй генератор прямоугольных импульсов, входом подключенный к выходу первого генератора стробирующих импульсов, а выходом - к второму входу первой схемы И, последовательно соединенные импульсный источник питания и вторую схему И, вторым входом подключенную к синхронизирующему выходу генератора высокой частоты, а ее выход предназначен для подключения к регистратору, а третьи входы первого и второго амплитудно-временньк дискриминаторов подключены к выходу усилителя, отличающееся тем что, с целью повьш1ения достоверности контроля, оно снабжено последовательно соединенными третьим генератором стробирующих импульсов, входом подключенным к выходу второго генератора стробирующих импульсов,первым временным селектором, вторым входом подключенным к выходу усилителя, первой схемой

50

входом - к выходу усилителя, второй схемой памяти и вторым цифроаналого- вым преобразователем, вторым входом подключенным к выходу счетчика, а выходом - к второму.- входу первого амплитудного дискриминатора, схемой задержки, входом подключенной к выходу -I

П

гв

Л

f f . „

„ К ЩтШ

I j

I IЛг

фие2

второго временного селектора, а выходом - к второму входу генератора импульсов счета, и третьим генератором прямоугольных импульсов, входом подключенным к выходу второго амплитудно-временного дискриминатора, а выходом - к третьему входу схемы ИЛИ.

фи.3

ФигЛ

28

/

42 45

задерши